Grupa dziekanatowa 4	Grupa lab. 4A	Rok akademicki 2010/2011	Data wykonania 07.04.2011
Nr ćwiczenia 1	Temat ćwiczenia. Pomiary twardości i wyznaczenie odporności na pękanie materiałów kruchych.
Imię i nazwisko: Agnieszka Porębska	Ocena i uwagi

1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z działaniem, zakresem stosowania i obsługą twardościomierzy: Brinella, Vickersa
i Rockwella. Omówienie metod pomiaru twardości. Wykonanie pomiarów twardości oraz wyznaczenie odporności na pękanie materiałów kruchych metodą pomiaru długości spękań wywołanych wciskaniem wgłębnika Vickersa.

2. Przebieg ćwiczenia:

W trakcie ćwiczenia zapoznano się z obsługą i zasadą działania twardościomierzy. Metodą Vickersa zmierzono twardość próbek czystej miedzi, aluminium, stali austenitycznej i stopu tytanu (Ti₆Al₄V). Pomiar polegał na zmierzeniu przekątnej odcisku pozostawionego przez diamentowy wgłębnik w kształcie piramidy o podstawie kwadratu i kącie rozwarcia 136⁰. Odcisk miał zarys kwadratu. Nacisk wynosił 5kG, co odpowiada sile 49 N.

Wynik pomiaru w jednostkach HV odczytano z programu komputerowego, który to obliczał na podstawie wyników przekazywanych bezpośrednio z podłączonego twardościomierza. Zestawione wyniki są obliczone według poniższego wzoru.

gdzie:

HV – twardość Vickersa

F – siła obciążająca (N)

d – średnica arytmetyczna z wartości dł. dwóch przekątnych odcisku di d (mm)

stała = 0,102

3. Wyniki pomiarów dla metody Vickersa:

Do wykonania badania posłużyły następujące materiały: miedź, aluminium, stopu tytanu (Ti₆Al₄V)
i stal szybkotnąca.

Zmierzone twardości wynosiły:

Materiał	Długości przekątnych	HV
	d1[mm]	d2[mm]
Czysta miedź	0,4531	0,4706
Aluminium	0,6878	0,6854
Stal austenityczna	0,2500	0,2465
Stopu tytanu (Ti6Al4V)	0,1622	0,1616

Jak widać wraz ze wzrostem twardości maleje długość przekątnych jakie pozostawił w badanych próbkach wgłębnik. Z otrzymanych wyników wynika, że wartość twardości stali szybkotnącej dla próby wykonanej w tych samych warunkach jest ponad ośmiokrotnie większa od twardości aluminium.

4. Odporność na pękanie

Krytyczny współczynnik intensywności naprężeń opisuje wartość odporności na pękanie. Można go wyznaczyć różnymi metodami. W ćwiczeniu wyznaczono go korzystając z metody Palmquista. Dokonano pomiaru sumarycznej długości pęknięć przy wszystkich narożach odcisku, dla różnych obciążeń wgłębnika. Pomiar ten przeprowadzono za pomocą mikroskopu wbudowanego
w twardościomierz. Obciążenia wybrane do próby to 5, 10 i 20 kG, co odpowiada siłom równym 49, 98 i 196 N. Wyniki pomiarów długości pęknięć posłużyły do wykonania wykresu zależności sumy długości pęknięć od siły docisku F. Odczytano kąt nachylenia prostej aproksymującej, którego tangens jest odwrotnością tzw. odporności na pękanie Palmquista oznaczonej przez W.

Wartość W, zgodnie z koncepcją Petersa, Jest z kolei wprost proporcjonalne do intensywności uwalniania energii G_Ic i współczynnika Petersa α, równego dla stopów WC–Co na ok. 4,9 x 10³.

E - moduł Younga

v – współczynnika Poissona

G_tc => W=α*G_Tc, Gdzie α zostało odpowiednio oszacowane

Wyniki pomiarów dla próbek wykonanych z stopu Nb10Ti15Al.

Próbka	Obciążenie[N]	Σl=l1+ l2+ l3+ l4[mm]
1.	49N	0,12
2.	98N	0,22
3.	196N	0,54

Skorzystano z następujących wzorów:

Zestawienie wyników:

W [N/mm]	GIc [N/mm]	K1c[MPa/m^1/2]
344,82758	0,07037	3,1337

5. Wnioski:

Po obliczeniu odporności na pękanie zauważamy ze ten współczynnik jest bardzo niski. Porównywalny z odpornością na pękanie ceramików, takich jak Al₂O₃ lub SiC czy polimerów : poliamid, akrylobutadienostyren (ABS) bądź polipropylen. Z pomiarów wnioskujemy że im materiał jest twardszy, tym jest mniej odporny na pękanie i jest bardziej kruchy.