| 20.04.2013 | Tomasz Groń | WIMiIP |
|---|---|---|
| Grupa2 | Pomiary twardości i wyznaczenie odporności na pękanie materiałów kruchych | Ocena: |
1. Cel ćwiczenia:
- Zapoznanie się z działaniem, zakresem stosowania, i obsługą twardościomierzy: Brinella, Vickersa i Rockwella.
-Omówienie metod pomiaru twardości statycznych (Brinella, Vickersa i Rockwella) i dynamicznych (Poldi i Shora).
- Praktyczne wykonanie pomiarów twardości próbek oraz wyznaczenie odporności na pękanie materiałów kruchych, metodą pomiaru długości spękań powstałych w wyniku wciskania wgłębnika Vickersa.
2. Przebieg ćwiczenia:
Pierwszym etapem ćwiczenia były pomiary twardości. Metodą Rockwella dokonano pomiaru twardości próbki wykonanej ze stali stopowej oraz niestopowej z obciążeniem wynoszącym 60 kg w czasie 5 sekund. Wyniki pomiaru pojawiały się od razu na monitorze komputera i wynosiły dla stali niestopowej 40,75HRA, dla stali stopowej 72,95HRA. Kolejną metodą pomiaru twardości była metoda Vickersa, należało zmienić rodzaj wgłębnika, z stożka na diamentową piramidę. W metodzie tej do pomiaru używaliśmy układu optycznego w postaci kamery powiększającej, w którą wyposażony był twardościomierz, w celu wykonania zdjęcia i zmierzenia przekątnych odcisku pozostałego po wgłębniku. Obciążenie wynosiło 5 kg i trwało 10 sekund, twardości dla poszczególnych próbek wykorzystanych w ćwiczeniu:
- stal niestopowa: 137HV5
- stal stopowa: 769HV5
- aluminium: 20,1HV5
- umacniany wydzieleniowo Al: 125HV5
- miedź: 59HV5
W drugim etapie ćwiczenia zajedliśmy się pomiarem odporności na pękanie materiałów kruchych, materiałem do badań był stop na osnowie fazy międzymetalicznej Nb10Ti15Al. Badanie polegało na wykonaniu trzech wgłębień, z obciążeniem 5 , 10 oraz 20 kg, wgłębnikiem używanym w metodzie Vickersa. Każdorazowo po wykonaniu próby dokonywaliśmy pomiaru pęknięć jakie powstały w narożach, w wyniku wciskania. W celu wykonania takiego pomiaru, próbka umieszczana była na wcześniej skalibrowanym mikroskopie świetlnym, wyposażonym w podziałkę.
Wyniki pomiarów:
| Obciążenie [kg] | L1[mm] | L2[mm] | L3[mm] | L4[mm] | Suma |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 0,05 | 0,03 | 0,04 | 0,02 | 0,14 |
| 10 | 0,15 | 0,07 | 0,16 | 0,05 | 0,43 |
| 20 | 0,13 | 0,14 | 0,12 | 0,13 | 0,52 |
Aby wyznaczyć odporność na pękanie należy skorzystać z metody opracowanej przez Palmquista i rozwiniętej przez Petersa, jest to dość często wykorzystywana metoda w praktyce. W metodzie tej dokonuję się pomiaru sumarycznej długości pęknięć przy wszystkich narożach odcisku o przekątnej d, oraz dla różnych obciążeń wgłębnika F (49 N, 98N, 147N). Sumaryczna dł. pęknięć wykazuje liniową zależność od obciążenia
L = aF + b.
Odwrotność współczynnika kierunkowego prostej ($\frac{1}{a}$ w $\frac{N}{\text{mm}}$) jest tzw. Odpornością na pękanie według Palmquista (W). Wg Petersa W jest wprost proporcjonalny do intensywności uwalniania energii sprężystej podczas pękania Glc (W= αGlc) , gdzie α= 4,9 x 103 .
Odporność na pękanie Klc wylicza się ze wzoru :
Klc= $\sqrt{\frac{\text{Ex}G\text{lc}}{1 - \ v^{2}}}$
E – moduł Younga
ν –współczynnik Poissona
Współczynnik a wyznaczony z regresji wyniósł 0,0023428 co daje: W = $\frac{1}{0,0023428}$ = 426,83968[N/mm]
Glc= 0,087[N/mm]
Moduł Younga oraz współczynnik Poissona dla badanej próbki wynoszą:
E = 120 , v = 0,38
Klc= 3,493 [MPa$\sqrt{m}$]
3. Wnioski:
Pomiar twardości jest często i chętnie stosowany, ze względu na to, że jest on szybki, tani oraz nie niszczy badanego materiału, uzyskany wynik można przeliczyć na wytrzymałość Rm=(3,4 – 3,6)HBW. Pomiary twardości wykonuje się zwykle w celu porównania materiałów, sprawdzenia, czy zabieg ulepszania cieplnego, lub obróbki plastycznej przyniósł oczekiwane rezultaty.
Należy jednak pamiętać, że twardość nie jest stałą materiałową, a wyniki pomiarów otrzymane różnymi metodami mogą być ze sobą porównywane jedynie na podstawie odpowiednich tablic lub wykresów. Różnice w twardości materiałów wynikają z ich budowy wewnętrznej, wiązań atomowych oraz zabiegom jakim zostały poddane w celu zwiększenia ich wytrzymałości.