Nr ćwiczenia: 2 |
Temat: Sprawdzanie twardości i mikrotwardości metodą Brinella i Vickersa | Data wykonania pomiaru: 15.03.2011 |
|---|---|---|
| Wydział Budownictwa rok 1 | Grupa 2: Barton Piotr, Bednarek Łukasz, Czajka Grzegorz, Czajkowski Marek |
Ocena: |
Wstęp teoretyczny:
Twardością określa się odporność materiału na odkształcenia trwałe, które powstają pod wpływem sił skupionych, działających na małą powierzchnię materiału, wywołanych przez wciskanie odpowiedniego wgłębnika. Twardość nie jest stałą materiałową, a więc porównywanie twardości jest możliwe w zakresie tylko jednej metody.
W zależności od wielkości odkształcenia spowodowanego wnikaniem wgłębnika w materiał rozróżnia się pomiary makro- i mikrotwardości. Ważne jest aby miejsce, w którym dokonywany będzie pomiar, zostało oszlifowane bądź odtłuszczone i prawidłowo przetarte w zależności od próbki, ponieważ stan powierzchni próbki ma duży wpływ na wyniki uzyskane podczas badań twardości i mikrotwardości.
Do badania twardości metalu skorzystaliśmy z metody Brinella polega ona na polega na statycznym wciskaniu twardej, kalibrowanej kulki o średnicy D w powierzchnię metalu obciążeniem wywołanym siłą F. Twardość Brinella jest to stosunek siły obciążającej F do powierzchni czaszy odcisku i oznacza się ją symbolem HB.
$$BHN = \frac{2F}{\pi D(D - \sqrt{{(D}^{2} - d^{2})}\ )}$$
gdzie:
F - siła obciążająca [N]
D - średnica kulki [mm]
d - średnica odcisku metalu [mm]
Podczas wykonywania ćwiczenia korzystamy z twardościomierza. Najpierw trzeba odpowiednio ustawić twardościomierz. na talerzyk jarzma nakładamy ciężarki odpowiadające wymaganemu naciskowi, mocujemy kulkę o odpowiedniej średnicy i po tych czynnościach kładziemy badaną próbkę na stoliku. do wykonania ćwiczenia otrzymaliśmy trzy próbki stal, aluminium i ołów. Dla każdej stosujemy ten sam wgłębnik. Kołkiem ręcznym podnosimy stolik z próbką aż do zetknięcia się z kulką. Zamykamy zawór przelewowy, pompą zwiększamy nacisk aż do momentu podniesienia się jarzma z ciężarkami, nie doprowadzając jednak do momentu przelewu. Następnie utrzymujemy nacisk na próbkę przez ok. 15 sekund i otwieramy wolno zawór. Po otwarciu zaworu zwalniamy i zdejmujemy próbkę. Mierzymy średnicę odcisku za pomocą suwmiarki. I obliczamy jej twardość ze wzoru następnie porównując ją z wynikami podanymi w normie.
Do badania mikrotwardości szkła skorzystaliśmy z metody Vickersa. Pomiar mikrotwardości tą metodą polega na wgnieceniu w powierzchnię badanego materiału czworobocznego ostrosłupa o kącie wierzchołkowym 1360 i obliczeniu powierzchni bocznej powstałego odcisku. Twardość Vickersa wyrażana jest w skali twardości Vickersa HV w kg/mm2. HV wyliczane jest ze wzoru:
HV = $\frac{F}{\text{Sb}}$
gdzie:
F - siła wciskająca wgłębnik
Sb - pole powierzchni bocznej odcisku
Sb = $\frac{d^{2}}{2*sin68^{0}}\ $= $\frac{d^{2}}{1,8544}$
gdzie:
d - średnica długości przekątnych d1 i d2
Podczas wykonywania ćwiczenia korzystamy z twardościomierza Vickersa. Umieszczamy badana próbkę w urządzeniu pod wgłębnikiem następnie przekręcają pokrętłem powoli opuszczamy wgłębnik w dół aż do zetknięcia się z badaną próbką. Następnie dociskamy wgłębnika pokrętłem tak aż zapali się na urządzeniu zielona lampka odczekujemy 15 sekund i zwalniamy próbkę z nacisku odkręcając pokrętło i podnosząc wgłębnik. Następnie za pomocą okularu i trzech pokręteł ustawiamy widoczny w okularze przerywaną linią obwód czworościanu na ślad wykonany wcześniej. Odczytujemy ze skali podanej na okularze i na pokrętle wynik pomiaru.
METODA BRINELLA
Stal przy nacisku 29420 N |
Aluminium przy nacisku 9807N |
Ołów przy nacisku 1226 N |
|
|---|---|---|---|
| Pomiar 1 | 0,6 cm | 0,35 cm | 0,5 cm |
| Pomiar 2 | 0,55 cm | 0,4 cm | 0,45 cm |
| Pomiar 3 | 0,6 cm | 0,3 cm | 0,45 cm |
| Średnia wartość odcisku | 0,58 cm = 5,8 mm | 0,35 cm = 3,5 mm | 0,466 cm = 4,66mm |
| Twardość próbki | 1010,30 [N/mm2] | 987,08 [N/mm2] | 67,74 [N/mm2] |
METODA VICKERSA
| Próbka numer 1 | Próbka numer 2 | Próbka numer 3 | |
|---|---|---|---|
| Pomiar 1 | 0,119 mm | 0,119 mm | 0,137 mm |
| Pomiar 2 | 0,115 mm | 0,115 mm | 0,121 mm |
| Pomiar 3 | 0,121 mm | 0,131 mm | 0,129 mm |
| Średnia wartość pomiaru | 0,118 mm | 0,122 mm | 0,129 mm |
| Twardość próbki | 6533,33 [N/mm2] | 6125 [N/mm2] | 5444,44 [N/mm2] |
Obliczenia:
Metoda Brinella Stal
$BHN = \frac{2F}{\pi D(D - \sqrt{{(D}^{2} - d^{2})}\ )} =$ $\frac{2*29420\ }{\pi*10(10 - \sqrt{\left( 10^{2} - {5,8}^{2} \right)})} =$1010,30 [N/mm2] = 103,02 [kg/mm2]
Metoda Brinella Aluminium
$BHN = \frac{2F}{\pi D(D - \sqrt{{(D}^{2} - d^{2})}\ )} =$ $\frac{2*9807\ }{\pi*10(10 - \sqrt{\left( 10^{2}\ - {3,5}^{2} \right)})} = 987,08$ [N/mm2]
Metoda Brinella Ołów
$BHN = \frac{2F}{\pi D(D - \sqrt{{(D}^{2} - d^{2})}\ )} =$ $\frac{2*1226\ }{\pi*10(10 - \sqrt{\left( 10^{2}\ - {4,66}^{2} \right)})} = 67,74$ [N/mm2]
2. Metoda Vickersa próbka numer 1
HV = $\frac{F}{\text{Sb}}$ = $\frac{49\ N}{\frac{{0,118}^{2}\text{\ mm}}{2*sin68^{0}}} = \frac{49\ N}{\frac{0,013924\ \text{mm}^{2}\ }{1,8544}} = \frac{49\ N}{0,0075\ \text{mm}^{2}} = 6533,33\ \lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$
Metoda Vickersa próbka numer 2
HV = $\frac{F}{\text{Sb}}$ = $\frac{49\ N}{\frac{{0,122}^{2}\text{\ mm}}{2*sin68^{0}}} = \frac{49\ N}{\frac{0,014884\ \text{mm}^{2}\ }{1,8544}} = \frac{49\ N}{0,0080\ \text{mm}^{2}} = 6125,00\ \lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$
Metoda Vickersa próbka numer 3
HV = $\frac{F}{\text{Sb}}$ = $\frac{49\ N}{\frac{{0,129}^{2}\text{\ mm}}{2*sin68^{0}}} = \frac{49\ N}{\frac{0,016641\ \text{mm}^{2}\ }{1,8544}} = \frac{49\ N}{0,0090\ \text{mm}^{2}} = 5444,44\ \lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$
Wnioski:
Z przeprowadzonego ćwiczenia badania twardości metodą Brinella wynika, że stal ma największy stopień twardości z podanych próbek, natomiast ołów ma najmniejszy stopień twardości. Z ćwiczenia metodą Vickersa wynika to, że pierwsza i druga próbka charakteryzują się zbliżonym do siebie stopniem twardości natomiast próbka numer 3 wykazuję znacznie mniejszy stopień twardości. Wynika to z ich właściwości fizycznych i odporności na odkształcenia.