AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA W BYDGOSZCZY WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Materiałoznawstwa i Technologii Metali |
|---|
| LABORATORIUM: metaloznawstwa |
Ćwiczenie nr 8 Temat: Pomiar twardości metodą Brinella. |
Imię i nazwisko: Studium inż. Semestr II Grupa I Data: 1.04.96 |
W metodzie Brinella pomiar twardości polega na wgniataniu w powierzchnię metalu lub stopu kulki o dużej twardości własnej. Twardość w tej metodzie określa się jako stosunek siły wywartej na kulkę do powierzchni odcisku na materiale badanym.
gdzie:
HB - wynik badania w kG/mm2,
P - siła nacisku wywartego na kulkę w kG,
D - średnica kulki w mm,
d - średnica odcisku w mm.
W metodzie tej stosuje się najczęściej kulki stalowe hartowane rzadziej z węglików wolframu. Stosowane kulki posiadają następujące średnice:
10±0.01; 5±0.01 i 2.5±0.01mm
Twardość stosowanych kulek powinna wynosić powyżej 850 HV. Przy użyciu kulek stalowych można badać twardość do 450 HB, natomiast dla wyższych twardości należy stosować kulki z węglików wolframu. Kulki stalowe przy twardości powyżej 450 HB odkształcają się, stąd wyniki pomiarów obarczone są błędami.
Zasadniczo pomiary twardości według tej metody ograniczone są do 630 HB.
Warunki wykonania badania twardości wg Brinella określają dobór średnicy i obciążenie kulek a ponadto czas trwania nacisku na kulkę.
Obciążenie winno być tak dobrane ażeby średnica odcisku mieściła się w granicach:
0.2*D < d < 0.7*d
Przy średnicach odcisku mniejszych od 0.2 D krawędzie odcisku są mało ostre, stąd błędy odczytania średnicy są bardzo duże. Natomiast przy średnicach odcisku większych od 0.7 D znacznym zmianom twardości odpowiadają nieznaczne zmiany średnicy, co również zmniejsza dokładność pomiarów. Wyżej podana zależność zostaje zachowana, jeżeli obciążenie zostanie dobrane wg równania:
P=n*D kG;
gdzie:
P - obciążenie w kG
D - średnica kulki w mm
n - współczynnik materiałowy.
Wartość współczynnika dla różnych metali i stopów podana jest w poniższej tablicy:
| Współczynnik n | Rodzaj materiału |
|---|---|
| 30 | stal i żeliwo |
| 10 | stopy miedzi i stopy aluminium o twardości powyżej 60 HB |
| 5 | miedź i aluminium o twardości od 20 - 60 HB |
| 2.5 | stopy łożyskowe o twardości poniżej 20 HB |
Dla podanych współczynników oraz różnych średnic kulek otrzymuje się różne wartości siły obciążającej:
| Średnica | Współczynnik n |
|---|---|
| kulki D | 30 |
| w mm | Siła obciążająca w kN (kG) |
| 10 | 29.4 (3000) |
| 5 | 7.3 (750) |
| 2.5 | 1.8 (187.5) |
Czas działania pełnego obciążenia na kulkę zależny jest od rodzaju materiału, przy czym wynosi on:
dla żeliwa i stali - 10÷15 sekund
dla innych metali i stopów o twardości powyżej 32 HB - 30 sekund
dla innych metali i stopów o twardości poniżej 32 HB - 60 sekund
Jednocześnie czas wprowadzania pełnego obciążenia powinien wynosić około 10 sekund.
Wyniki badań:
| Lp. | Materiał | Warunki obciążenia | Średnica odcisku mm |
Twardość HB |
|---|---|---|---|---|
| siła N (kG) | czas s | pom 1 | ||
| 1 | Żeliwo sferoidalne ferrytyczne | 29.4 kN (3000) |
15 | 4.60 |
| 2 | Stal 45 | 29.4 kN (3000) |
15 | 5.6 5.75 |
| 3 | Żeliwo sferoidalne perlityczne | 29.4 kN (3000) |
15 | 3.9 4.05 |
| 4 | Stal 15 | 29.4 kN (3000) |
15 | 5.7 5.65 |
| 5 | Żeliwo szare zwykłe | 29.4 kN (3000) |
15 | 4.65 4.6 |
| 6 | Miedź czysta | 4.9 kN (500) |
30 | 3.6 3.55 |
| 7 | Stop Al PA6 | 4.9 kN (500) |
30 | 2.15 2.25 |
| 8 | Mosiądz M58 | 9.8 kN (1000) |
30 | 3.25 3.30 |
Wnioski i spostrzeżenia:
Każdy wynik z metody Brinella obdarzony jest pewnym błędem, dlatego wskazane jest wykonanie kilku pomiarów i uśrednienie otrzymanych wyników. Ten zabieg pozwoli na otrzymanie wyniku najbardziej zbliżonego do rzeczywistego.