POLITECHNIKA POZNAŃSKA2

POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI ZAKŁAD WYSOKICH NAPIĘĆ I MATERIAŁÓW ELEKTROTECHNICZNYCH
LABORATORIUM – MATERIAŁOZNAWSTWO ELEKTROTECHNICZNE ROK I
TEMAT: Badanie twardości i udarności wybranych materiałów elektroizolacyjnych.
WYKONAŁ: Paweł Fryza

1. Wiadomości wstępne

a) Twardość - jest to odporność ciała stałego na trwałe odkształcenie, wywołanie pod wpływem siły działającej na określoną powierzchnię materiału. Twardość jest wielkością związaną ze współczynnikiem sprężystości oraz granicą sprężystości ciała stałego. Na podstawie tych właściwości zostały opracowane metody pomiaru twardości (jak np. Brinella (HB), Rockwella (HR), Vickersa (HV), Poldi, Shore’a, Knoopa (HK), Grodzińskiego (HDC), Mohsa i wiele innych).
W zależności od rodzaju materiału zalecane są odpowiednie metody. Twardość metali wyznacza się metodami Brinella, Rockwella i Vickersa, polegającymi na pomiarze wymiarów odcisku powstałego na skutek wciskania wgłębnika. Natomiast minerały bada się metodą Mohsa, polegającą na sprawdzeniu możliwości zarysowania materiału przez dziesięć różnych materiałów wzorcowych (np. diament, korund, kwarc, kalcyt, talk). Istnieją również metody pomiaru mikrotwardości (np. Knopa, Grodzińskiego) pozwalające badać próbki bardzo małe, cienkie lub kruche.

b) Udarność –odporność na naprężenia mechaniczne. Niektóre materiały (np. stałe) wykazują bardzo dobrą odporność na rozciąganie statyczne i wyraźna różnicę pomiędzy siłą powodującą odkształcenia plastyczne, a siłą powodującą zerwanie próbki. Jednak w przypadku przyłożenia siły udarowej zdarza się, że materiały te zachowują się jak minerały kruche, tzn. nie występują odkształcenia plastyczne i od razu następuje zerwanie próbki. Miarą udarności jest stosunek energii zużytej na złamanie próbki za pomocą jednorazowego uderzenia, do pola przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu. Do wykonywania tych badań wykorzystuje się urządzenia umożliwiające przyłożenie dużej siły w krótkim czasie, zwane najczęściej młotami udarowymi.

2. Sposób wykonania pomiarów

a) Twardość

W ćwiczeniu wykonaliśmy pomiar twardości rezokartu oraz, dla porównania, sklejki.
Do wykonania ćwiczenia został użyty przyrząd Brinella (Rys. 1). Pomiary wykonano zgodnie z normą PN-EN ISO 2039-1 „Tworzywa sztuczne. Oznaczanie twardości. Część 1: Metoda wciskania kulki. ”

Próbę twardości powtórzyliśmy sześciokrotnie dla każdego materiału. Zostały w tym celu wykonane następujące czynności:
a) obniżyliśmy stolik, aby przerwa pomiędzy stolikiem a kulką była wystarczająca do
umieszczenia próbki;
b) badana próbka została umieszczona na stoliku;
c) podnieśliśmy stolik do uzyskania wartości obciążenia wstępnego
ustawiając przy tym czujnik głębokości odcisku w pozycji „0”;
d) płynnie przyłożyliśmy obciążenie wartość obciążenia była dobrana z dostępnego
zakresu i wynosiła 49 N dla drewna oraz 961 N dla rezokartu;

Badanie twardości – wyniki pomiarów i dyskusja błędów

Materiał	Próba	F_m [N]	F_r [N]	h₁ [mm]	h₂ [mm]	h [mm]	HB_śr [N/mm²]	б_HB	HB_i [N/mm²]	HB(N/mm²)
DREWNO	1.	49,03	40,38	0,295	0	0,295	11,84	0,6	10,29	11,84 ±1,54236
	2.	49,03	44,77	0,27	0	0,27			11,40
	3.	49,03	43,81	0,275	0	0,275			11,16
	4.	49,03	57,52	0,219	0	0,219			14,65
	5.	49,03	47,01	0,259	0	0,259			11,98
	6.	49,03	45,36	0,267	0	0,267			11,56
REZOKART	1.	961,05	1441,56	0,180	0,06	0,174	363,42	5,94	367,28	362,42±15,269364
	2.	961,05	1494,97	0,175	0,06	0,169			380,88
	3.	961,05	1451,95	0,179	0,06	0,173			369,92
	4.	961,05	1411,33	0,183	0,06	0,176			359,57
	5.	961,05	1431,35	0,181	0,06	0,175			364,66
	6.	961,05	1327,76	0,192	0,06	0,186			338,28

Dane obciążników aparatu do badania twardości materiałów

Siła [N]	Numer obciążnika	Odkształcenie rampy aparatury[mm]
9,81	-	-
49,03	9004/1	-
132,39	9004/1+9004/2	0,01
357,94	9004/1+9004/2+9004/3	0,02
961,05	9004/1+9004/2+9004/3+9004/4	0,06

b) Udarność

W ćwiczeniu należało wykonać pomiar udarności rezokartu oraz sklejki. Do wykonania ćwiczenia został zastosowany młot Charpy’ego .
Pomiar wykonano zgodnie z normą PN-EN ISO 179-1 „Tworzywa sztuczne. Oznaczanie udarności metodą Charpy’ego. Część I: Nieinstrumentalne badanie udarności.”

Zestawienie kolejności oraz kierunku uderzania próbek, wraz z odczytanymi wartościami:

1) REZOKART

1.1) Rezokart bez karbu – uderzenie wzdłuż boku b próbki

Odczytana wartość [kg∙cm]
7

1.2) Rezokart bez karbu - uderzenie wzdłuż boku h próbki

Odczytana wartość [kg∙cm]
5

1.3) Rezokart z karbem - uderzenie ku płaszczyźnie przeciwnej do tej z karbem

Odczytana wartość [kg∙cm]
1

2) DREWNO

Odczytana wartość [kg∙cm]
31,0

2.1) Drewno bez karbu – uderzenie wzdłuż boku b próbki

Odczytana wartość [kg∙cm]
12,5

2.2) Drewno bez karbu – uderzenie wzdłuż boku h

2.3) Drewno z karbem – uderzenie ku płaszczyźnie przeciwnej do tej z karbem

Odczytana wartość [kg∙cm]
12,0

3) OZNACZENIA I WYMIARY PRÓBKI

Wymiary:

REZOKART DREWNO

b=10 [mm] b=10 [mm]

b_N=8 [mm] b_N=8 [mm]

h=4 [mm] h=8 [mm]

Badanie udarności – wyniki pomiarów i dyskusja błędów

Materiał	Próba	E´ [kg∙cm]	E [J]	h [mm]	b lub b_N [mm]	a [J/cm²]	Δa[J/cm²]	a±Δa [J/cm²]

Rezokart	1	7	0,687	4	10	17,18	1,356	17,18± 1,311
	2	5	0,491	4	10	12,28	1,311	12,28 ±1,345
	3	1	0,098	4	8	3,06	1,533	3,07 ±1,553
Drewno	1	31,0	3,041	9	10	33,79	0,549	33,79± 0,549
	2	12,5	1,226	9	10	13,62	0,601	13,62 ±0,601
	3	12,0	1,177	9	8	33,79	0,549	16,35±0,758