Wstęp: (cel ćwiczenia, wprowadzenie)
Celem ćwiczenia jest ustalenie twardości niektórych (badanych) stopów. Pomiar twardości stopu metali polega na wgniataniu wgłębnika przez określony czas i przy określonym obciążeniu w gładką powierzchnię matalu, co powoduje miejscowe odkształcenie trwałe w kształcie odcisku wgłębnika. Zależnie od wartości obciążenia, badanego materiału i kształtu wgłębnika oraz wymiaru odcisku rozróżnia się statyczne metody pomiaru twardości metali sposobami Brinella, Rockwella i Vickersa.
Metodyka badań:
W ćwiczeniu zostały użyte najbardziej spopularyzowane przyrządy stosowane do pomiarów twardości. Pomiar sposobem Brinella i Vickersa przeprowadza się na uniwersalnym twardościomierzu typu HPO-250, a sposobem Rockwella twardościmierz typu PW-106. Obydwa przyrządy znajdują się w laboratorim PG, studenci po zapoznaniu się z budową i obsługą przyrządów przystąpili do badań.
Prowadzący ćwiczenie udostępnił studentom do badania następujące próbki:
stal hartowaną - SH
stal zwykłej wytrzymałości - SZW
stop aluminium - SA
stop miedzi - SM
Opis pomiarów sposobem Vickersa:
Norma PN-91/H-04360. Polega na wciskaniu, przez określony czas, foremnego, czworokątnegoostrosłupa diamentowego o kącie dwuściennym 136° w płaską dostatecznie gładką powierzchnię przedmiotu pod obciązeniem F prostopadłym do tej powierzchni. Po odciążeniu mierzy się długości przekątnych d i d powstałego odcisku na powierzchni próbki w celu określenia wartości średniej d. Następnie odczytujemy twardość z tablic wykorzystując średnią długość przekątnych d.
STAL HARTOWANA(SH):
F = 100kG
t = 15s
Lp |
d |
d |
d-wartość średnia |
HV |
1 |
0,484 |
0,480 |
0,482 |
798 |
2 |
0,477 |
0,472 |
0,4745 |
822 |
3 |
0,466 |
0,472 |
0,469 |
843 |
HV = (HV + HV + HV )/3 = 821HV
STAL ZWYKŁEJ WYTRZYMAŁOŚĆI(SZW):
F = 50kG
t = 15s
Lp |
d |
d |
d-wartość średnia |
HV |
1 |
0,851 |
0,84 |
0,845 |
130 |
2 |
0,822 |
0,812 |
0,817 |
139 |
3 |
0,823 |
0,825 |
0,824 |
137 |
HV = (HV + HV + HV )/3 = 135HV
STOP MIEDZI(SM):
F = 50kG
t = 15s
Lp |
d |
d |
d-wartość średnia |
HV |
1 |
0,902 |
0,991 |
0,946 |
104 |
2 |
0,913 |
0,914 |
0,9135 |
111 |
3 |
0,918 |
0,901 |
0,9095 |
112 |
HV = (HV + HV + HV )/3 = 109HV
STOP ALUMINIUM(SA):
F = 10kG
t = 15s
Lp |
d |
d |
d-wartość średnia |
HV |
1 |
0,691 |
0,699 |
0,695 |
38,5 |
Aby badanie było dokładne należy przeprowadzić trzy próby ,ale nie zrobiliśmy tego w wypadku tego stopu z powodu braku czasu.
Obliczanie twardości Vickersa HV dla stali zwykłej wytrzymałości(SZW);
HV = F/S = F/ [d /(2sin /2)] = (2Fsin /2)/d = 2 x 50sin68°/0,685 = 145,985 x 0,9 =
= 131,386
Opis pomiarów sposobem Rockwella:
Norma PN-91/H-04355 i PN-ISO 1024-2/96. Polega na dwustopniowym wciskaniu wgłębnika siłą wstępną F i siłą główną F w badaną próbkę przy określonych warunkach obciążenia i pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku.
W czasie prowadzenia badań skorzystaliśmy z dwóch skal Rockwella;
skal twardości Rockwella |
symbol twardości Rockwella |
postać i materiał wgłębnika |
siła wstępna F (N) |
siła główna F (N) |
siła całkowita F + F =F |
zastosowanie do pomiaru twardości |
C |
HRC |
stożek diamentowy o kącie wierzchoł- kowym 120° |
98,1 |
1373 |
1471 |
20÷70 HRC |
B |
HRB |
kulka stalowa φ 1,588 mm |
98,1 |
882,6 |
980,7 |
20÷100HRB |
HRC + HRC + HRC = HRC
STAL HARTOWANA(SH):
skala C
HRC |
HRC |
HRC |
HRC |
63,5 |
64 |
63 |
63,5 |
HRC = 90 - błąd, który został skorygowany przy kolejnym pomiarze, a wynikał on ze złego ustawienia parametrów aparatury pomiarowej
STOP MIEDZI(SM):
skala B
HRC |
HRC |
HRC |
HRC |
60 |
62 |
62 |
61,3(3) |
STAL ZWYKŁEJ WYTRZYMAŁOŚCI(SZW):
skala B
HRC |
HRC |
HRC |
HRC |
90 |
93 |
90 |
91 |
HR = (K - h)/c
Opis pomiarów sposobem Brinella:
Polega na wciskaniu w określonymczasie badaną próbkę pod działaniem siły obciążającej F(N), przyłożonej prostopadle do jej powierzchni, kulki stalowej hartowanej lub z węglików spiekanych o średnicy D(mm) oraz na zmierzeniu średnicy d(mm) trwałego odcisku kulki (po jej odciążeniu).
Niestety nie poznaliśmy tej metody od strony praktycznej ze względu na niedostateczną ilość czasu.
|
|
|
|
|
Wnioski:
Wszystkie pomiary zostały wykonane prawidłowo (z małym wyjątkiem). Zarówno pomiary wykonywane metodą Vickersa oraz Rockwella mieszczą się w wyznaczonych przedziałach.
Zaletą metody Rockwella jest możliwość badania próbek twardych i utwardzanych. Wadą jest ogromna ilość skal twardości co bardzo wydłuża czas pomiaru, czasami może nawet doprowadzić do uszkodzenia urządzenia poprzez niewłaściwe dobranie wgłębnika. Jednak jego zdecydowaną zaletą jest bardzo szybki odczyt którego dokonujemy z czujnika.
Sposób pomiaru twardości metodą Vickersa jest bardziej czasochłonny ze względu na dosyć skomplikowane odczytywanie długości przekątnych z urządzenia pomiarowego. Zaletę stanowi jedna skala twardości dzięki, której bardzo szybko odczytujemy pożądany wynik.
Trudno przyznać wyższość konkretnej metodzie, wyniki otrzymane przy pomiarze jedną i drugą metodą są wartościami orientacyjnymi, gdyż nie jesteśmy zbytnio wprawieni w dokonywaniu tego typu pomiarów. Jednak wartości otrzymane są na tyle dokładne, że prawdopodobnie mogą stanowić wiarygodne źródło informacji.
Monika Andrzejewska IA
Łukasz Bocian IA
(inżynierskie)
POMIAR TWARDOŚCI METALI
sprawozdanie z ćwiczenia
GDAŃSK 15 marca 2000 roku