Laborki3

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA

SAMODZIELNY ZAKŁAD

WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

Laboratorium

Sprawozdanie Nr 3

Temat:

Statyczne próby twardości metali

Bartosz Zimierski

Rok II, Grupa dziekańska VI

Rok akademicki 2011/2012

Studia stacjonarne

Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z aparaturą do pomiaru twardości metodą Brinella i Rockwella. Wyznaczenie twardości badanych próbek w/w metodami zgodnie z normą PN-78/H-04350 oraz PN-78/H-04355.

Próby twardości

Polegają na wciskaniu statycznym lub dynamicznym w powierzchnię badanego materiału określonego wgłębnika poza granicę sprężystości, aż do spowodowania trwałych odkształceń. Twardość jest miarą oporu jaki wykazuję ciało w czasie wciskania weń wgłębnika.

Najbardziej rozpowszechniony próby statyczne to:

We wszystkich tych metodach twardość materiału jest funkcją siły obciążającej i wielkości odkształcenia trwałego wywołanego działaniem tej siły

Metoda Brinella

Próba twardości metodą Brinella polega na wgniataniu pod obciążeniem statycznym, kalibrowanej kulki stalowej hartowanej w powierzchnię badanego materiału. Twardość Brinella nazywamy stosunek nacisku siły P do pola powierzchni A czaszy kulistej odcisku (Rys.1)

$HB = \frac{P}{A}\ \lbrack kG/\text{mm}^{2}\rbrack$ (1)

P- siła obciążająca kulę

A- πDh- powierzchnia czaszy kulistej

D – średnica kulki

h- wysokość czaszy

Rys. 1

Po podstawieniu zależności geometrycznych wzór na twardość Brinella ma postać (2)

$HB = \frac{0,102 \times 2P}{\pi D(D - \sqrt{D^{2} - d^{2}})}\ \lbrack kG/\text{mm}^{2}\rbrack$ (2)

P- siła obciążająca kulę

A- πDh- powierzchnia czaszy kulistej

D – średnica kulki

h- wysokość czaszy

Ze wzoru (2) widać, że twardość HB zależy od nacisku siły P i przyjętej do pomiaru średnicy kulki D oraz od średnicy otrzymanego odcisku. Tak więc otrzymamy różne twardości HB w zależności od wielkości obciążenia kulki o średnicy D różnymi siłami. Jak widać z rysunku 2 krzywa obrazująca zależność HB= f(P) dla metali i stopów posiada wyraźne maksimum.

Rys.2 Wykres zależności HB=f(P)

Twardościomierz Brinella

Twardościomierz ten (rysunek 3) składa się z trzech zasadniczych zespołów osadzonych w korpusie. W części górnej z przodu znajduje się zespół cylindra z tłokiem {5} służący do przekazywania wytworzonego nacisku poprzez wgłębnik na przedmiot badany. W górnej, tylnej części korpusu znajduje się zespół ustalacza ciśnienia którego zadaniem jest wytworzenie i utrzymanie stałego obciążenia w pewnym okresie czasu. W dolnej, przedniej części korpusu znajduje się śruba podnośna, na której osadzony jest stolik z podkładką kulistą. Cylinder {4} jest jednocześnie zbiornikiem oleju. Na górnej zwężonej części cylindra znajduje się siłomierz. Olej znajdujący się w zbiorniku w górnej części cylindra przetłaczany jest ręczną pompką do cylindra {10}. W czasie przepływania, gdy zamknięty jest zawór przepływowy {9}, olej wywiera nacisk na tłok oparty kulką na próbce oraz na zawór kulkowy {18} w ustalaczu ciśnienia.

W czasie dalszego pompowania oleju, wzrasta ciśnienie w cylindrze do chwili podniesienia się jarzma {19} z obciążnikami {21} zawieszonymi na trzpienu. Po zaprzestaniu pompowania opadające jarzmo ma na celu utrzymanie stałego ciśnienia wskazującego tendencję do zmniejszania się na wskutek ubytku oleju spowodowanego nieszczelnościami. Pożądane ciśnienie utrzymuje się przez zawieszenie odpowiednich obciążników. Zawór przepływowy {9} wbudowany jest zawór bezpieczeństwa {22} działający przy przekroczeniu obciążenia 3550 kg. Śruba podnośna uruchomiona kółkiem ręcznym {2} służy do podnoszenia i upuszczania stolika {3} wraz z przedmiotem.

Rys. 3 Twardościomierz Brinella 1-korpus 2-kółko ręczne 3-stolik przedmiotowy 4-zbiornik

oleju (cylinder) 5-tłok roboczy 6-trzpień mierniczy 7-kulka miernicza 8- sitaka filtracyjna

9- zawór przepływowy 10-cylinder 11-sprężyna 12-tłoczek zaworu bezp. 13-kulka 14-

rurka przelewowa 15-zbiornik przelewowy 16-rurka 17- cylinder mierzący 18- zawór

kulkowy 19- jarzmo 20- szalka 21- obciążniki 22- zawór bezp. 23- rurka przelewowa

Przebieg ćwiczenia metodą Brinella

Zalety i wady metody Brinella

Metoda Rockwella

Polega na wciskanie w powierzchnię badanego materiału stożka diamentowego o kącie wierzchołkowym 120o, z wierzchołkiem zaokrąglonym promieniem r = 0.2 mm. Dla materiałów miękkich stosuje się zamiast stożka kulkę stalową o średnicy d= 1/16 ‘’ . Wartości mierzone są niezależne od siły obciążającej, a dzięki zachowaniu podobieństwa odcisków są porównywalne ze sobą. Twardość określa się z głębokości odcisku w badanym materiale, przy dwustopniowym wciskaniu wgłębnika. Dwustopniowe obciążenie wgłębnika wprowadzono w celu zmniejszenia błędów pomiarów wynikłych z nierówności powierzchni i luzów w aparacie. Schemat pomiaru twardości przedstawiony jest na rys. 4.

Rys.4 Schemat pomiaru twardości metodą Rockwella. a) wgłębnik nie obciążony b) wgłębnik

obciążony wstępnie siłą Po = 10kg wgłębia się na głębokość ho- skala ustawiona na zero

c) wgłębnik obciążony obciążeniem głównym P1 i wstępnym Po wnika w głębokość hc w

badany materiał d) obciążenie wgłębnika do siły Po powoduje jego odkształcenie sprężyste

hs . W tym położeniu odczytujemy wartość odkształcenia trwałego htr wywołanego

działaniem siły P1, e) wgłębnik całkowicie obciążony

Podstawą obliczeń twardości jest wielkość odkształcenia trwałego htr . To odkształcenie mierzy się czujnikiem za pośrednictwem przekładni dźwigowej o położeniu 5:1, przy tym działka elementarna odpowiada 0,002 mm wgłębienia. Twardość przy metodzie Rockwella określa się ze wzoru (3).

$\text{HR} = k - \frac{h_{\text{tr}}}{0.002}\ $ (3)

htr- odkształcenie trwałe

k - stała umowna dobierana w zależności od rodzaju wgłębnika (dla stożka k= 100, dla kulki

k= 130)

Twardościomierz Rockwella

Schemat twardościomierza Rockwella typu łucznik przedstawia rys. 5. Badany przedmiot kładzie się na stoliku przedmiotowym {8} lub {9}. Kółko ręczne {10} służy do zbliżania przedmiotu {20} do wgłębnika {5}. Do wywołania obciążenia wstępnego Po służy dźwignia obciążnikowa {2} (w czasie obciążenia wstępnego należy podkręcić kółkiem ręcznym {10} tak długo, aż mała wskazówka czujnika {4} pokryje się z czerwoną kropką a duża z zerem. Do wywołania obciążenia głównego służą obciążniki {19}, który ciężar przenoszony jest na próbkę {20} przez dźwignię {2} po naciśnięciu zwalniacza {13}.

Rys. 5 Twardościomierz Rockwella. 1- regulator szybkości obciążenia 2- dźwignia

obciążnikowa 3- trzpień mierniczy 4- czujnik zegarowy 5- wgłębnik 6- korba ręczna 7-

śruba podnośna 8,9- stoliki przedmiotowe 10- kółko podnośne 11- krawędź korpusu 12-

śruba regulacyjna 13- zwalniacz 14- kółko zębate 15,16- segmenty kół zębatych 18-

wieszak 19- obciążnik 20- próbka 21- śruba regulacyjna 22- przeciwnakrętka

Przebieg ćwiczenia metodą Rockwella

Zalety i wady metody Rockwella

Zalety:

Wady:

Metoda Vickersa

Polega na wciskaniu w badany materiał regularnego czworokątnego ostrosłupa diamentowego o kącie dwuściennym między przeciwległymi ścianami wynoszącym 136o , pod obciążeniem P. Diamentowy wgłębnik pozwala na badanie materiałów wszelkich twardości. Kształt ostrosłupowy wgłębnika powoduje, że wszystkie odciski są do siebie geometrycznie podobne i że liczba twardości obliczona jak w metodzie Brinella nie zależy od wartości zastosowanego nacisku. Dobór siły nacisku uzależniony jest od rozmiarów (grubości) próbki. Czas działania siły wynosi 15 sek. Liczbę twardości według metody Vickersa wyraża się wzorem (4)

$HV = \frac{P}{A} = 1,8544 \times \frac{P}{d^{2}}\lbrack\frac{\text{kG}}{\text{mm}^{2}}\rbrack$ (4)

P- siła nacisku

A- pole powierzchni odcisku

d - średnia arytmetyczna obu przekątnych odcisku po odciążeniu

Twardościomierz Vickersa typu HPO-250

Twardościomierz HPO-250 rys.6, przeznaczony jest do prowadzenia pomiarów twardości

metali metodą Vickersa (piramidka diamentowa) lub metodą Brinella (kulka f5 i f2,5 mm).

Zbudowany jest ze sztywnego korpusu i umieszczonych w nim głównych mechanizmów:

- podnoszenia i opuszczania przedmiotu

- regulacji wielkości obciążenia wgłębnika

- oświetlenia powierzchni przedmiotu i pomiaru wielkości odcisku.

W dolnej części korpusu twardościomierza ułożyskowana jest śruba podnośna {5a} podtrzymująca stolik przedmiotowy {6}. Przesuwanie stolika w górę lub w dół realizowane jest

przez obrót kółka ręcznego {5}. Docisk przedmiotu do stolika i jednocześnie ustawienie ostrości widzenia powierzchni badanej próbki realizowane jest za pomocą osłony dociskowej {8} i nakrętki {9}. Osłona zabezpiecza przed uszkodzeniem układ optyczny i wgłębnik. Wewnątrz osłony dociskowej {8} znajduje się ułożyskowane wahliwe ramię, w którym zamocowany jest wymienny obiektyw {10} oraz stempel dociskowy z wgłębnikiem {11}. Wewnątrz korpusu twardościomierza umieszczona jest belka obciążnikowa z zespołem mechanizmów do wywierania obciążenia na wgłębnik {11}. Wielkość obciążenia belki, a tym samym i wgłębnika, realizuje się za pomocą odpowiednich obciążników przez wciśnięcie wybranego przycisku na tablicy {3}. Włączenie obciążenia belki obciążnikowej następuje po naciśnięciu przycisku {1a}. Dźwignia {12} służy do podnoszenia wieszaka z obciążnikami, tj. odciążania wgłębnika.

Lampa projekcyjna {2} rzuca koncentrycznie promienie światła na pryzmat, który kieruje

je na górną powierzchnię badanej próbki, a następnie na matówkę urządzenia pomiarowego

{7}. Dzięki temu, przy włączonym obiektywie rzutowana jest na matówkę górna powierzchnia badanej próbki, względnie wykonany odcisk pomiarowy. Pomiaru przekątnej odcisku dokonuje się mierząc powiększony obraz odcisku przy użyciu skali na ekranie matówki i śruby mikrometrycznej urządzenia pomiarowego {7}

Rys. 6 Twardościomierz HPO-250 1-włącznik sieciowy 2- lampa projekcyjna 3- tablica

przycisków obciążenia 4-pokrętło regulacji czasu działania obciążenia 5- kółko ręczne

6- stolik przedmiotowy 7- urządzenie pomiarowe 8- osłona dociskowa 9- nakrętka

ustawiania ostrości widzenia powierzchni badanej 10- obiektyw 11- oprawka wgłębnika

12- dźwignia odciążająca

Przebieg ćwiczenia:

Zalety i wady metody Vickersa

Zalety:

Wady:

Literatura:

[1] Kazimierz Sobiesiak, Kazimierz Szablewski. ,,Laboratorium wytrzymałości materiałów”

Lublin 1984

[2] Sławomir Szewczyk, Aleksander Łapecki. „Badania twardości materiałów metodą Vickersa”

Wydział mechaniczny Katedry Inżynierii Materiałowej, Politechnika Lubelska

[3] www.wikipedia.pl

.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
1 laborkiid 9413 Nieznany (2)
Obrobka cieplna laborka sprawko
WYDZIA~1, Labolatoria fizyka-sprawozdania, !!!LABORKI - sprawozdania, Lab, !!!LABORKI - sprawozdania
LABORKA2, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
sila termoelektryczna, Transport i Logistyka (AM) 1 (semestr I), Fizyka, fiza laborki (rozwiązania),
Cw. 1 (gazowe) Badanie procesu spalania gazu ziemnego, PODRĘCZNIKI, POMOCE, SLAJDY, SUROWCE I PALIWA
laborka na za tydzień, laboratorium fizyczne, Laboratorium semestr 2 RÓŻNE
10.6 poprawione, semestr 4, chemia fizyczna, sprawka laborki, 10.6
PKM, Politechnika Lubelska, Studia, Studia, organizacja produkcji, laborki-moje, od majka, SPRAWOZDA
Pojęcia na egzamin z metali, Chemia Fizyczna, chemia fizyczna- laborki rozne, Rozne
Cwiczenie zabawowe, STUDIA, Polibuda - semestr II, Hydraulika i hydrologia, laborki z hydro
poprawa druk, Uczelnia, sem I, fiza, LABORATORIUM, Nowe laborki, Ciecz
linia cisnien, STUDIA, Polibuda - semestr II, Hydraulika i hydrologia, laborki z hydro, laborki
BIOCHEMIA 8, Laborki
Drgania Ćwiczenie nr 13, Politechnika Lubelska, Studia, semestr 5, Sem V, Sprawozdania, Laborka, Lab
Wyznaczanie stałej siatki dyfrakcyjnej, Prz inf 2013, I Semestr Informatyka, Fizyka, SPRAWOZDANIA DU
mmgg, Studia PŁ, Ochrona Środowiska, Chemia, fizyczna, laborki, wszy, chemia fizyczna cz II sprawka
IzoLinioweLABORKA-StronaTytulowa, Laborki
Zadanie koncowe, Studia PŁ, Ochrona Środowiska, Biochemia, laborki, sprawka

więcej podobnych podstron