PRZEBIEG ZAJĘĆ

Podczas zajęć laboratoryjnych z Materiałoznawstwa 10.11.2011 oraz 24.10.2011 zajmowaliśmy się badaniem twardości. Poznaliśmy metody badania twardości metali za pomocą trzech najpopularniejszych metod: Brinella, Rockwella i Vickersa.

Pierwszą poznaną metodą była metoda Brinella. Metoda ta polega na statycznym wciskaniu twardej, stalowej kulki o średnicy D w powierzchnię metalu obciążeniem wywołanym siłą F. Twardość Brinella jest to stosunek siły obciążającej F do powierzchni odcisku i oznacza się ją symbolem HB. Na zajęciach korzystaliśmy z dwóch twardościomierzy. W pierwszym D=5mm, natomiast w drugim D=10mm. Pracowaliśmy w dwóch podgrupach. Moja najpierw korzystała z twardościomierza o mniejszej średnicy kulki. Każdy ze studentów wybrał próbkę metalu, na której chciał dokonać pomiaru. Następnie każdy umieścił próbkę na stoliku twardościomierza. Kółkiem podniósł stolik z próbką do zetknięcia się jej z kulką, później zamknął zawór i pompą zwiększył nacisk. Następnie utrzymał nacisk przez ok. 15 sekund i otworzył zawór, po czym zdjął próbkę. Następnie dwa razy zmierzył średnicę otrzymanego odcisku za pomocą mikroskopu w dwóch prostopadłych kierunkach i wyciągnął średnią z tych pomiarów. Potem odczytał twardość badanej próbki z odpowiedniej tablicy i porównał wynik ze skalami innych metod. Wyniki przedstawione zostały w tabeli:

METODA BRINELLA
Rodzaj próbki	Średnica odcisku	Wynik w skali HBS	Wynik w skali HRC	Wynik w skali HV5
Średnica kulki: D=5mm
szyna	d=1,6mm	363 HBS	39 HRC	382 HV5
element sześcienny mniejszy	d=2,2mm	187 HBS		197 HV5
pręt o dużej średnicy	d=1,8mm	285 HBS	29,8HRC	300 HV5
element sześcienny duży	d=1,8mm	285 HBS	29,8HRC	300 HV5
Średnica kulki: D=10mm
pręt o dużej średnicy	d=5,75mm	105 HBS		110 HV5
pręt o średniej średnicy	d=3,8mm	255 HBS
element sześcienny mały	d=4,8mm	156 HBS
element sześcienny większy	d=4,3mm	197 HBS

Metoda Rockwella była drugą poznaną przez nas metodą. Pomiar twardości tą metodą polega na wciskaniu w badaną próbkę wgłębnika w kształcie kulki stalowej (skala B, T, F) lub stożka diamentowego (kąt rozwarcia 120 stopni) (skala C, A). Miarą twardości jest różnica pomiędzy stałą wartością K (K=130 dla kulki, K=100 dla stożka) a głębokością odcisku. Jeśli pomiar wykonany został za pomocą kulki - twardość oznacza się symbolem HRB, a jeżeli stożka - HRC. Na zajęciach korzystaliśmy z dwóch twardościomierzy. Jedna grupa używała tego z kulką, natomiast druga ze stożkiem diamentowym, a później wymieniliśmy się wynikami. Zasada działania obydwu twardościomierzy jest podobna. Na początek umieszczaliśmy próbkę na stoliku i obciążaliśmy ją ciężarem wstępnym przez dociśnięcie próbki do wgłębnika. Gdy wskazówka znalazła się na czerwonym polu zadaliśmy obciążenie główne odpowiednie dla badanego materiału. Następnie poczekaliśmy 12 sek. i zabraliśmy ciężar główny, ale zostawiliśmy obciążenie wstępne. Na koniec odczytaliśmy wynik pomiaru i porównaliśmy wynik ze skalami innych metod. Wyniki przedstawione zostały w tabeli:

METODA ROCKWELLA
Rodzaj próbki	Wynik w skali HR	Wynik w skali HV5	Wynik w skali HBS
walec mały	89 HRB
walec średni	98,5 HRB
walec z dziurką	97,5 HRB
walec gruby	89 HRB
pręt o małej średnicy	20,5 HRC
pręt T	32,5 HRC
pręt H	31 HRC	310 HV5	295 HBS
pręt o małej średnicy	24,5 HRC
pręt S	39 HRC	382 HV5	363 HBS
pręt R	21 HRC	243 HV5	231 HBS

Ostatnią poznaną na zajęciach metodą jest metoda Vickersa. Metoda ta polega na wciskaniu wgłębnika w kształcie ostrosłupa prawidłowego w próbkę metalu. Twardość Vickersa jest to stosunek siły obciążającej F do pola powierzchni bocznej odcisku. Zazwyczaj jednak twardość odczytuje się z tablic po zmierzeniu przekątnej odcisku dla zastosowanego obciążenia. Na zajęciach dokonaliśmy tylko jednego pomiaru, w którym twardość próbki wynosiła 214,6 HVS.

UWAGI I WNIOSKI

Do zalet metody Brinella należy możliwość wykonywania pomiarów twardości stopów niejednorodnych. Jest to jednak kłopotliwa i czasochłonna metoda , ponieważ trzeba wykonać kłopotliwe pomiary średnicy wgłębienia, a wyniki odczytać ze specjalnych tablic. Metoda ta nie nadaje się do pomiaru twardości materiałów twardych, małych elementów i warstw powierzchniowych.

Metodą Rockwella istnieje możliwość pomiaru twardości metali oraz stopów zarówno twardych jaki i miękkich. Ta metoda jest też najszybsza spośród trzech poznanych na zajęciach. Posiada jednak kilka wad. Mogą pojawić się błędy związane z pomiarem głębokości odcisku. Jest również kilka skal pomiarów, co może prowadzić do niewłaściwego odczytania wyników pomiarów twardości.

W metodzie Vickersa istnieje możliwość wykonania pomiarów twardości elementów małych oraz cienkich warstw powierzchniowych. Ta metoda ma tylko jedną skalę odczytu oraz dużą dokładność pomiarów, co czyni ją najdokładniejszą i najbardziej uniwersalną metodą pomiaru twardości metali, spośród metod poznanych na zajęciach.

---