twardość metali sprawozdanie

TWARDOŚĆ METALI

Definicja twardości

Twardość to cecha ciał stałych świadcząca o podatności lub odporności na odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub zarysowanie pod wpływem zewnętrznego nacisku. Twardość metalu można zdefiniować jako miarę oporu materiału przeciw odkształceniom trwałym powstającym wskutek wciskania wgłębnika. Nie jest ona stałą danego materiału, jednak istnieje dosyć ścisła zależność między własnościami mechanicznymi metali (wytrzymałością na rozciąganie, sprężystością, własnościami plastycznym) a twardością, dlatego pomiary twardości mają zastosowanie wśród testów jakości metali czy skutków obróbki cieplnej.

Większość metod badania twardości polega na wciskaniu wgłębnika w materiał przy stałej lub stopniowo wzrastającej sile do określonej wartości. Do najbardziej rozpowszechnionych należą metody: Brinella, Vickersa, Rockwella.

Metoda Brinella

Próba twardości wykonywana sposobem Brinella polega na statycznym wciskaniu kulki stalowej lub z węglików spiekanych, o średnicy D = {1mm; 2mm; 2,5mm; 5mm; 10mm} w płaską i wygładzoną powierzchnię próbki. Twardość oblicza się jako stosunek siły obciążającej do powierzchni czaszy kulistej powstałej po zadziałaniu obciążenia siłą F. Jej wartość zależy nie tylko od badanego materiału , ale też i od średnicy kulki oraz od przyłożonej siły i czasu jej działania.

Stwierdzono ,że w pewnym zakresie obciążeń , dla danego materiału, wartość HB nie ulega większym zmianom. Siła F powinna być tak dobrana aby dla danej średnicy kulki średnica odcisku d znajdowała się w granicach: 0,24 ; 0,6 D. Twardość w jednostkach niemianowanych HBW wyrażana jest przez wzór:

Dla jednoznacznego określenie wartości pomiaru zapisujemy wynik w postaci: HB D/F/t (gdzie: D-srednica kulki, F-siła obciążenia, t-czas działania siły.) Pomiary metali o twardości do 400HB wykonujemy przy pomocy kulki ze stali hartowanej (symbol: HBS) a dla większych twardości używamy kluki z węglików spiekanych (symbol: HBW). Zaleca się: zachować minimalny odstęp od brzegu próbki (2,5d) oraz od sąsiedniego pomiaru (4d), grubość badanej próbki powinna być min 10-krotnie większa od głębokości odcisku, czas działania obciążenia wynosił w przypadku twardości powyżej 100HB 10-15s, od 35HB do 100HB ok. 30s (przy niższych wartościach HB jest on znacznie dłuższy, nawet do 180s gdy wartości są poniżej 10HB).

Pomiary twardości metodą Brinella

Urządzenia do przeprowadzenia pomiaru twardości metodą Brinella posiadają stałą K=30 (użyte zostały stalowe kulki o średnicach 5 i 10 mm) Próbkę ustawiłem pod wgłębnikiem i dokręciłem śrubą. Zamknąłem zawór spustowy a następnie pompowałem olej dźwignią aż do uzyskania odpowiedniej siły (pokazana na manometrze). Poczekałem ok. 10s. Zwolniłem zawór do zerowego ciśnienia i opuściłem próbkę za pomocą odkręcenia śruby do poziomu startowego. Wyciągnąłem próbkę i za pomocą wyskalowanej lupki zmierzyłem średnicę wgłębienia w dwóch prostopadłych położeniach, a następnie obliczyłem ich średnią wartość. Wynik odczytałem z tablic.

Zalety metody Brinella:

Wady metody Brinella:

Metoda Rockwella

Metoda ta polega na dwu stopniowym wgniataniu penetratora w badany materiał.
Penetratory:

- w skalach A, C, D, N – stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120o
- w skalach B, F, G T – kulka stalowa lub z węglików spiekanych o średnicy 1/16 cala
- w skalach E, H, K – kulka stalowa lub z węglików spiekanych o średnicy 2/16 cala

Pomiar twardości metodą Rockwella dokonuje się przy pomocy odpowiednich twardościomierzy. Badanie polega na tym, że badany materiał obciąża się obciążeniem pierwotnym, a następnie obciążeniem głównym. Po pewnym czasie odciąża się materiał z obciążenia głównego i dokonuje się pomiaru głębokości odcisku trwałego. Następnie twardość oblicza się wg wzoru:

HR = K – h/0,002 - dla skal od A do K

HR = K – h/0,001 - dla skali N i T

gdzie:
h – różnica głębokości otrzymanego odcisku trwałego i głębokości odcisku przy obciążeniu pierwotnym, K – stała, wyrażona w jednostkach równych 0,002 mm lub 0,001mm, dla kulki K = 130, dla stożka K = 100

Ze względu na różne rodzaje wgłębnika, istnieją różne skale odczytu – symbole HRA, HRB, HRC, itp.

Pomiary twardości metodą Rockwella

Pomiaru dokonaliśmy w skali B oraz C (wgłębnikiem jest kulka stalowa o średnicy 1/16’’ w drugim przypadku stożek diamentowy o kącie 120). Przygotowaną próbkę położyłem na podnośniku i dokręcałem śrubę podnośnika, aż do wyzerowania się wskaźnika. Następnie obracałem tarczą, aż duża wskazówka wskazała 0 na odpowiedniej skali. Zadałem obciążenie główne, odczekałem ok 10 sekund odciążyłem próbkę (pozostawiając tylko obciążenie wstępne) i odczytałem z tarczy wynik pomiaru.

Zalety metody Rockwella:

Wady metody Rockwella:

Metoda Vickersa

Metoda Vickersa pomiaru twardości polega na wciskaniu w próbkę diamentowego ostrosłupa o podstawie kwadratu i kącie między przeciwległymi ścianami równym 136o. Twardość Vickersa jest proporcjonalna do stosunku obciążenia F do powierzchni bocznej trwałego odcisku S:

Widok odcisku z góry:

d - liczymy ze wzoru:

Pomiary twardości przy obciążeniu w zakresie 1,961 do 29,42 N (HV 0,2 do HV 3) są nazywane próbami przy małej sile obciążającej, natomiast pomiary przy obciążeniu poniżej 1,9 N – próbami mikrotwardości.

Pomiary twardości metodą Vickersa

Pomiar sprowadził się do umieszczenia próbki w urządzeniu, wybraniu odpowiedniego miejsca na próbce oraz ustaleniu obciążenia. Po zmianie okularu na wgłębnik wcisnąłem przycisk START, urządzenie dokonało wgłębienia następnie po zmianie na okular wyznaczyłem dwie przekątne a urządzenie samo dokonało pomiaru.

Zalety metody Vickersa:

Wady metody Vickersa:


Wyszukiwarka