Laboratorium materiałoznawstwa	Numer ćw 04	Data ćw: 1998-XI-09		Grupa: 21M		Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
Temat ćwiczenia: Badania twardości.
Wykonał: Kiniorski Rafał			Ocena:		Data:		Podpis:

1. cel ćwiczenia

Zapoznanie się z metodami badań twardości i mikrotwardości , oraz z zasadą działania (obsługą) twardościomierzy: Brinella, Vickersa, Rockwella.

2. twardość.

Twardością nazywamy opór przy wciskaniu w badany materiał odpowiednio dobranego wgłęb­nika, którym może być kulka, stożek lub ostrosłup. Pomiary twardości znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle i kontroli jakości materiału ze względu na ich prostotę, że nie niszczą badanego materiału, nie wymagają pracochłonnego przygotowania próbek i że mierząc twardość materiału można obliczyć jego wytrzymałość.

Większość metod badania twardości należy do statycznych(metody Brinella, Rockwella, Vickersa), to znaczy następuje powolne wciskanie wgłębnika przy działaniu

siły stałej lub stopniowo wzrastającej do określonej wartości. Znana jest również metoda dynamiczna, polegająca na wciskaniu wgłębnika przez uderzenie (metoda Poldi).

3. Pomiar twardości metodą brinella (pn-91/h-04350).

Metoda ta polega na wciskaniu w materiał kulki stalowej lub z węglików spiekanych

o średnicy D = 10; 5; 2,5; 2; 1 [mm], przy zastosowaniu siły F, zależnej od średnicy kulki

i twardości materiału zgodnie ze wzorem:

gdzie:

k - współczynnik zależny od twardości materiału,

D - średnica kulki.

Granicą stosowalności tej metody jest twardość 450 HB dla kulki stalowej

i 650 HB dla kulki z węglików spiekanych, gdyż przy większej twardości następuje już zbyt duży błąd związany z odkształce­niem kulki. Wadą metody brinella jest konieczność pomiaru średnicy odcisku za pomocą mikroskopu lub lupy.

W przypadku stosowania kulki stalowej stosuje się symbol: HBS ,

dla kulki z węglików spiekanych : HBW .

4. Pomiar twardości metodą Rockwella (pn-91/h-04355):

W metodzie tej jako wgłębnika używa się kulki stalowej o średnicy 1/16 cala lub stożka diamentowego o kącie rozwarcia 120^o i promieniu zaokrąglenia r = 0,2 mm.

W zależności od twardości materiału dobiera się rodzaj wgłębnika i twardość odczytuje się na odpowiedniej skali. Stożka używa się do badania twardszych materiałów > 400 HB, a twardość odczytuje ze skali czarnej C. Przy materiałach miękkich stosuje się kulkę i odczytuje ze skali czerwonej B. Skale są przesunięte o 30 podziałek. Obciążenie całkowite przy stożku wynosi 1471N a przy kulce 980,7 N, przy czym najpierw nadaje się obciążenie wstępne F₀ = 98,07N, a po ustawieniu czujnika na zero dla skali czarnej i trzydzieści na czerwonej dodaje się resztę obciążenia.

Miarą twardości jest głębokość wniknięcia wgłębnika, przy czym jednej podziałce odpowiada zagłębienie wgłębnika o 0,002 mm. Aby liczba twardości rosłą z twardością materiału, zmiany zagłębienia wgłębnika liczy się od hipotetycznej płaszczyzny pod powierzchnią próbki, która dla stożka jest odległa 0,20 mm, a dla kulki 0,26 mm.

5. Pomiar twardości metodą Vickersa (PN-91/H-04360)

W metodzie tej wgłębnikiem jest diamentowy ostrosłup o kącie dwuściennym 136^o, który jest wciskany z siłą 49N, 98,06N, 196,1N, 294,2N, 490,3N, 980,6N. Liczbę twardości obliczamy jako stosunek siły nacisku F [N] do pola powierzchni odcisku A[mm²].

gdzie:

d - średnia przekątnych odcisku.

Pomiaru d dokonuje się za pomocą mikroskopu wbudowanego w aparat. Mikroskop jest dodatkowo wyposażony w licznik, pozwalający na bezpośredni odczyt. Liczba twardości nie zależy od zastosowanego obciążenia, gdyż odciski wykazują podobieństwo geometryczne.

Metoda ta nadaje się szczególnie do pomiaru bardzo twardych powierzchni, np. hartowanych, nawęglanych, azotowanych lub metalizowanych dyfuzyjnie. Jej zaletą jest możliwość pomiaru twardości przedmiotów cienkich , pod małym obciążeniem jednak w tym przypadku błąd jest większy.

Powierzchnia do pomiaru powinna być przygotowana bardzo dokładnie, szlifowana na najdrobniejszych papierach, a nawet polerowana.

6. wyniki przeprowadzonych pomiarów:

Pomiar twardości metodą brinella

N. pomiaru	Siła [ N ]	Średnica odcisku [ mm ]
1	250	1,2
2	190	1,3
3	210	1,35
4	260	1,3
5	270	1,35
6	170	1,3
7	240	1,35
8	260	1,35
Średnia:	231,25	1,31

Średnica kulki użytej w pomiarach D= 2,5 mm.

twardość badanego materiału wynosi: 171,5HB

Pomiar twardości metodą Rockwella

Nr. Pomiaru	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Twardość HRC	15,5	18	18,2	19	20	20,5	21,5	22	21	21	18	19	20	15

Średnia twardość materiału wynosi ok: 19HRC

Pomiar twardości metodą Vickersa

Nr. pomiaru	Siła nacisku	Średnia arytmetyczna przekątnych odcisku	Twardość HV	Średnia Twardość HV
1 2 3 4 5 6	294,2 [N]	0,47 [mm] 0,49 [mm] 0,49 [mm] 0,5 [mm] 0,53 [mm] 0,55 [mm]	251 231 231 222 198 184	219,5

7. wnioski.

Ważnym elementem podczas badania twardości jest odpowiednie dobranie metody. Do materiałów miękkich zalecane jest stosowanie metody Brinella, gdyż przy zastosowaniu innych metod wgłębnik wbijałby się zbyt głęboko, co spowodowałoby, że odczytana twardość byłaby błędna, a poza tym pozostawiony ślad (odcisk) na powierzchni badanego materiału, mógłby zapoczątkować zniszczenie elementu. Metody Brinella nie można jednak stosować do badania dużych twardości. Granią jest tu twardość 450 HB, gdyż przy większej twardości następuje już duży błąd związany z odkształceniem kuli. Jeżeli chcemy badać bardzo twarde materiały np. hartowane, nawęglane, azotowane lub metalizowane dyfuzyjnie to najkorzystniej będzie wybrać metodę Vickersa. Wgłębnik , którym jest ostrosłup diamentowy o kącie dwuściennym 136^o pozostawia bardzo mały odcisk, co nie jest bez znaczenia. Metoda Vickersa ma jeszcze tę zaletę, że można nią badać twardość materiałów bardzo cienkich. Aby błąd pomiaru był w miarę mały powierzchnia powinna być bardzo dokładne przygotowana.

Podczas przeprowadzania pomiarów można zauważyć, że twardość materiału w różnych jego miejscach jest inna. Aby podać w miarę dokładną twardość należy dokonać pomiarów w różnych miejscach , a następnie podać średnią twardość.

Badane przez nas próbki miały najmniejszą twardość w środku, a największą na zewnątrz. Możemy więc przypuszczać, że próbki zostały wycięte z prętów ciągnionych, lub poddane były jakiejś obróbce cieplnej, cieplno chemicznej bądź plastycznej.

4

4

---