Sprawozdanie

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było poznanie urządzeń służących do pomiaru twardości metodą Brinella, Rockvella, a także określenie twardości różnych materiałów przy użyciu wspomnianych urządzeń.

2. Pomiar twardości metodą Brinella.

Pomiar twardości metodą Brinella polega na wciskaniu w próbkę wgłębnika - kulki o średnicy: 10;5;2,5;2;1 mm wykonanej ze stali lub węglików spiekanych. Twrdość oblicza się jako stosunek siły obciążającej do powierzchni czaszy kulistej powstałej po zadziałaniu obciążenia siłą P.

HB = P / S

gdzie:

P - siła obciążająca

S - powierzchnia odcisku wyrażona w mm²

Powierzchnię odcisku S można wyliczyć ze wzoru:

S = π⋅D⋅(D-√ (D²-d²)) ⋅ 0,5

gdzie:

D - średnica kulki

d - średnica odcisku

Oznaczenie twardości Brinella zmienia się wraz ze zmianą średnicy kulki dlatego też dla jednoznacznego zapisu podajemy : HB D/P/czas.

gdzie:

D - średnica kulki

P - siłą obciążająca

czas - czas działania kulki na badany materiał pod wpływem siły P

Do pomiaru twardości metodą Brinella do 400HB stosuje się kulki stalowe hartowane , natomiast powyżej 650HB stosuje się kulki z węglików spiekanych.

Pomiar twardości Brinella - kulka 10mm.

Badaną próbkę umieszczamy na stoliku po czym dokręcamy śrubę podnośnika do momentu, aż wgłębnik dotknie do badanej próbki. Zakręcamy zawór urządzenia i zaczynamy pompować przy pomocy dźwigni, zwiększając w ten sposób ciśnienie oleju powodującego nacisk wgłębnika na próbkę. Pompujemy do chwili, gdy obciążenie osiągnie nieco powyżej 30kN. Zaczynamy mierzyć czas obciążenia i po upływie 15 sekund powoli odkręcamy zawór , aż obciążenie spadnie do 0. Wtedy odkręcamy śrubę podnośnika opuszczając badany materiał. Następnie przy użyciu soczewki z podziałką mierzymy średnice wgłębienia w 2 prostopadłych położeniach. Aby uzyskać dokładniejszy wynik badanie przeprowadzamy trzykrotnie i wyciągamy średnią. Następnie biorąc pod uwagę średnice wgłębnika, odcisku oraz obciążenie 29420 (współczynnik K - 30) odczytujemy twardość materiału z tablic. W tym przypadku odcisk miał średnice XX mm, dlatego też twardość badanego materiału wynosi XX HB 10/3000/15.

Pomiar twardości Brinell - kulka 5mm.

To badanie od poprzedniego różni jedynie średnica wgłębnika wynoszącą 5mm i obciążnik - 7,5kN. Pomiar podobnie jak poprzednio także wykonujemy trzykrotnie. Twardość odczytujemy z tablic , zwracając uwagę na współczynnik K - 30 - stała obciążenia; średnicę kulki 5mm i średnice otrzymanego wgłębienia XXmm. W tym przypadku twardość wyniosła XX HB 5/7500/15.

3. Pomiar twardości metoda Rockvella.

Pomiar twardości metodą Rockvelda dokonuje się przy pomocy odpowiednich twardościomierzy. Wgłębnikiem może być zarówno kulka o średnicy 1/16 cala jak i diamentowy stożek o końcie rozwarcia 120^O. Badanie polega na tym, iż badany materiał obciąża się obciążeniem pierwotnym, a następnie obciążeniem głównym. Po pewnym czasie odciąża się materiał z obciążenia głównegoi dokonuje się pomiaru głebokości odcisku trwałego. Następnie twardość oblicza się wg wzoru:

HR = K - h/0,002

gdzie:

h - różnica głębokości otrzymanego odcisku trwałego i głębokości odcisku przy obciążeniu pierwotnym

K - stała, wyrażona w jednostkach równych 0,002 mm, dla kulki K = 130, dla stożka K = 100

Ze względu na różne rodzaje wgłębnika, istnieją różne skale odczytu. My w badaniach, dla kulki zastosowaliśmy skalę B (skala czerwona), dla stożka skalę C (skala czarna).

Pomiar twardości Rockvella - kulka 1/16 cala.

W tym badaniu, podobnie jak w obu badaniach metodą Brinella,używamy tego samego elementu, o kształcie walca.

Próbkę umieszczamy na stoliku i dokręcamy śrubę podnośnika. Dokręcamy, aż wskaźnik się wyzeruje, tj. gdy mała wskazówka pokaże czerwoną kreskę, natomiast duża wartość 30na skali czerwonej (w tym celu obracamy tarczą). Następnie zwalniamy ciężar główny za pomocą przycisku i rozpoczynamy odliczanie. Po upływie 15 sekund zdejmujemy obciążenie główne i odczytujemy twardość. W tym przypadku było to XX HBR.

Pomiar twardości Rockvella - stożek diamentowy.

Ze względu na zakres pomiaru twardościomierza do tego badania został użyty inny materiał, tym razem o kształcie prostopadłościanu.

Badanie jest niemal identyczne jak poprzednie, tylko że tym razem wynik odczytujemy w oparciu o skalę czarną. Po umieszczeniu materiału na stoliku dokręcamy śrubę podnośnika, aż do wyzerowania się wskaźnika, tj. gdy mał wskazówka wskaże czerwoną linię. Następnie obracamy tarczą, aż duża wskazówka wskaże 0 na skali czarnej. Zwalniamy obciążenie główne, czekamy 15 sekund, po czym zdejmujemy je i dokonujemy odczytu. W tym przypadku twardość badanego materiału wynosiła 65 HRC.

4. Pomiar twardości metodą - Vickersa.

Metoda pomiaru twardości Vickersa polega na obciążeniu materiału czworobocznym ostrosłupem diamentowym o kącie wierzchołkowym 136⁰. Wartość twardości Vickersa oblicza się jako stosunek obciążenia wgłębnika do powierzchni bocznej wgniecionego ostrosłupa :

d = d₁ + d₂ / 2

gdzie:

d₁ - pierwsza przekątna odcisku

d₂ - druga przekątna odcisku

HV = 2F⋅sin(136° / 2) / d²

gdzie:

F - obciążenie (siła)

d - średnia arytmetyczna przekątnych

Praktyczny pomiar sprowadza się do odczytu przekątnych i odczytania twardości HV z tablic.

5. Porównanie wyników w oparciu o skalę Vickersa

Brinell	Rockwell		Vickers
HBS	HRB	HRC	HV
-----	-----	65	832
-----		-----
	-----	-----
	-----	-----

6. Wnioski

Wszystkie przeprowadzone próby pozwoliły na ocenę twardości badanych materiałów. Najbardziej wiarygodne wyniki wydają się być dokonane metodą Rockwella, gdyż ograniczały się jedynie do odczytania twardości ze wskaźnika urządzenia. Margines błędu byłam zatem niewielki, czego nie można powiedzieć o metodzie Brinella. Wymaga ona szczegółowych pomiarów średnicy odcisku o dużej dokładności. Niedokładne odczytanie setnych wartości średnicy może spowodować pomyłkę w określeniu twardości materiału.

5

5

---