Krzysztof Rajda

WBMiI

Mechanika i Budowa Maszyn

Akademia Techniczno Humanistyczna

w Bielsku-Białej

SPRAWOZDANIE NR 5

TEMAT: Próba twardości metali.

Obowiązująca norma: metoda Brinella PN-EN ISO 6506-1-2002

metoda Vickersa PN-EN ISO 6507-1999

metoda Rockwella PN-EN ISO 6508-1:2002

1.Próba twardości metali metodą Brinella

Twardość według Brinella jest to stosunek siły P , działającej prostopadle do badanej powierzchnii i obciążającej stalową kulkę , do pola powierzchni odcisku F, jaki ta kulka zostawiła w badanym materiale . Pole powierzchni oblicza się mierząc średnicę trwałego odcisku przy założeniu , że ma on kształt czaszy kulistej. Wartośc twardości oblicza się ze wzoru :

gdzie :

P[kG]-siła obciążająca kulkę

D[mm]-średnica kulki

d[mm]-średnica odcisku

2.Schemat twardościomierza Brinella

Rys.1.2.Twardościomierz Brinella.

Oznaczenia:

1 - siłomierz manometryczny 6 - śruba ze stolikiem przedmiotowym

2 - zawór przepływowy 7 - koło ręczne

3 - cylinder 8 - tłoczek

4 – wgłębnik 9 - zawór przelewowy

5 - próbka ( przedmiot badany ) 10 - obciążniki

3.Obliczenia

Próbę przeprowadziłem na 3 różnych próbkach stalowych.

Siła potrzebna do badania

Współczynnik n zależny od rodzaju materiału dla stali i żeliwa wynosi 30

D-średnica kulki wynosi 10 mm

a)próbka nr 1

Średnice odcisku w 2 prostopadłych kierunkach

d₁=5,3[mm] , d₂=5,25[mm]

średnica średnia

d_śr=5,275

Pole powierzchnii odcisku

Twardośc Brinella

b)próbka nr 2

Średnice odcisku w 2 prostopadłych kierunkach

d₁=5,3[mm] , d₂=5,3[mm]

średnica średnia

d_śr=5,3

Pole powierzchnii odcisku

Twardośc Brinella

c)próbka nr 2

Średnice odcisku w 2 prostopadłych kierunkach

d₁=3,75[mm] , d₂=3,8[mm]

średnica średnia

d_śr=3,775

Pole powierzchnii odcisku

Twardośc Brinella

4.Próba twardości metodą Rockwella

Próba twardości metodą Rockwella polega na dwustopniowym wciskaniu w badany materiał stożka diamentowego lub kulki stalowej o określonych wymiarach , a następnie na zmierzeniu trwałego przyrostu głebokości odcisku h_tr[mm],który podzielony przez 0,002 jest podstawą do określenia twardości . Twardość w skali Rockwella

HRC=K-h

HRB=K-h

gdzie:

K-stała wartośc skali

h=h_tr/0,002-wskazania czujnika

HRC-twardość mierzona stożkiem diamentowym

HRB-twardość mierzona kulką stalową

5.Schemat twardościomierza Rockwella

1 — dźwignia

2— obciążniki

3 — wgłębnik

4 — próbka

5 — stolik przedmiotowy

6— śruba podnośna

7 — zębatka (mechanizm podnoszenia dźwigni)

8 — kółko podnoszenia

9 — czujnik

10 — zwainiacz

11 — przegub

12 — tłumik olejowy

Naciskając zwalniacz 10 powoduje się obrót dźwigni 1 wokół przegubu 11, wywołany działaniem na dźwignię obciążników 2. Powolny przyrost obciążenia uzyskuje się przez zastosowanie tłumika olejowego12. Twardość Rockwella wyznacza się na podstawie głębokości odcisku wykonanego w materiale przy dwustopniowym wciskaniu stożka diamentowego lub kulki stalowej. Dwustopniowość wciskania (rys. 2) polega na zastosowaniu dwu wartości obciążeń: wstępnego F0 i głównego Fj. Przy obciążeniu F0 wgłębnik zagłębia się na głębokość wstępną h0 w materiał. Głębokości tej odpowiada pierwsza linia odniesienia. W tym położeniu ustawia się czujnik na położenie zerowe; obciążenie wstępne 98 N jest realizowane . przez ciężar samej dźwigni, bez obciążników. Następnie dodaje się obciążenie główne Ft (w sumie działa więc obciążenie całkowite). Wgłębnik zagłębia się w materiał na głębokość h. Ponieważ w tym położeniu w materiale występują odkształcenia zarówno trwałe, jak i sprężyste, wobec tego zdejmuje się obciążenie Fj,; wgłębnik obciążony tylko obciążeniem F0 uniesie się nieco pod wpływem odprężenia materiału; powstały odcisk jest więc już wynikiem odkształceń głównie plastycznych (druga linia odniesienia). Jako głębokość pomiarową do wyznaczania twardości Rockwella przyjmuje się wartość h', będącą odległością pomiędzy liniami odniesienia.

Rys.2 Schemat wciskania wgłębnika Rockwella

Twardość Rockwella wg skali C (wgłębnik: stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120°, zakończony czaszą kulistą o promieniu 0,2 mm; obciążenia: F0 = 98 N, Fj = 1373 N) jest to wartość wyliczona wg wzoru

HRC = 100-h

w którym:

h = lnie odniesienia— trwały przyrost głębokości odcisku wyrażony w jednostkach 0,002 mm

Dla skali B Rockwella (wgłębnik: kulka stalowa o średnicy 1/16" 1,59 mm; obciążenia: F=9,8 N, Fj = 883 N), wzór na twardość ma postać:

HRB = 130-h

6.Wyniki pomiarów

a)próbka nr 1

HRC₁=44

HRC₂=42

HRC₃=44

b) próbka aluminiowa

HRC₁=59

HRC₂=58

HRC₃=57

c)próbka miedziana

HRC₁=86

HRC₂=87

HRC₃=88

7.Próba twardości metodą Vickersa

Twardość Vickersa wyraża się stosunkiem siły P obciążającej wgłębnik do pola powierzchnii bocznej F pobocznicy odcisku wgłębnika . Wgłębnikiem jest prawidłowy ostrosłup diamentowy o podstawie kwadratowej i kącie α=136° między przeciwległymi ścianami .

Schemat obciążenia oraz kształt otrzymanego odcisku.

Wartośc twardości Vickersa wylicza się ze wzoru:

gdzie:

P[kG]-siła obciążająca wgłębnik

-pole powierzchni bocznej odcisku

d[mm]-średnica arytmetyczna obu przekątnych odcisku

α-kąt między przeciwległymi ścianami wgłebnika

Po podstawieniu do powyższego wzoru wyrażenia na F oraz kąta α=136° , otrzymamy wzór na twardość Vickersa w postaci :

8.Schemat aparatu Vickersa oraz wykonanie pomiaru.

1. przycisk znormalizowanych obciążeń,

2. próbka,

3. stolik,

4. pokrętło do podnoszenia stolika,

5. mikroskop,

6. oświetlenie,

7. przycisk obciążenia próbki,

8. amortyzator,

9. wgłębnik diamentowy,

10. obiektyw,

11. dźwignia.

Sposób pomiaru jest następujący. Jednym z przycisków 1 ustala się wartość siły nacisku na wgłębnik i włącza się oświetlenie. Próbkę 2 kładzie się na stolik 3 i obracając nakrętkę 4 podnosi się przedmiot w górę aż do uzyskania na matówce 5 wyraźnego obrazu powierzchni próbki. Następnie przyciskiem 7 włącza się obciążenie i jednocześnie powoduje to na skutek zadziałania elektromagnesów przesunięcie wgłębnika 9 na miejsce obiektywu 10 w pozycje pionową. Dzięki amortyzatorowi hydraulicznemu 8 wgłębnik diamentowy 9 zostaje powoli wciskany w powierzchnię badaną, a dźwignia 11 podnosi się w górę. Po dojściu dźwigni do położenia górnego na próbkę działa pełna siła i wtedy zaczyna się liczyć czas obciążenia. Po odczekaniu właściwego czasu, naciska się dźwignię 11 w dół do zadziałania zapadki. Wtedy obciążenie zostaje zdjęte, obiektyw 10 wraca do pozycji pionowej, a na matówce ukazuje się odcisk w postaci kwadratu.

9.Obliczenia

Badanie zostało wykonane na próbce stalowej na której dokonano 3 pomiarów.

Siła obciążająca wyniosła 30[kG] a jej czas działania ok 10[s].

a)pomiar nr 1

Długości przekątnych

d₁=0,234[mm] , d₂=0,238[mm]

średnia arytmetyczna zmierzonych długości

d_śr=0,236[mm]

Twardośc odczytana z tablic

HV=999

b)pomiar nr 2

Długości przekątnych

d1=0,256[mm] , d2=0,245[mm]

średnia arytmetyczna zmierzonych długości

dśr=0,250[mm]

Twardośc odczytana z tablic

HV=890

c)pomiar nr 3

Długości przekątnych

d1=0,259[mm] , d2=0,253[mm]

średnia arytmetyczna zmierzonych długości

dśr=0,256[mm]

Twardośc odczytana z tablic

HV=849

10.Wnioski