Badanie właściwości mechanicznych metali.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest określenie twardości oraz wykonanie próby udarności materiałów o różnej plastyczności stali o różnych stanach obróbki cieplnej.

W zakres ćwiczenia wchodzi:

*zapoznanie się z budową i zasadami działania młota wahadłowego oraz twardościomierzy Brinella i Rockwella,

*wybór i pomiar próbek do badań,

*wykonanie pomiarów udarności i twardości wszystkich próbek.

2. Opis stanowiska badawczego:

*młot wahadłowy

*twardościomierze Brinella i Rockwella

*próbki stali w różnych stanach obróbki cieplnej.

3. Przebieg realizacji eksperymentu:

Pomiar metodą Brinella wykonujemy na prostopadłościanie ze stali surowej. Układamy próbkę na stoliczku dociskamy kulkę o średnicy 10 mm. Obciążamy ją siłą o wartości około 1 tony. Dla klasycznych materiałów docisk powinien trwać od 10 do 15 sekund. Po upływie tego czasu obciążamy próbkę i dokonujemy pomiaru wielkości odcisku. Robimy to mierząc średnicę w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach. Próbę ta wykonywaliśmy dla płaskiego elementu o wymiarach 7.6 x 10 x 35 mm. Przyłożona siła wywołała odciśnięcie w postaci koła o średnicy 3.35 mm.

Pomiaru metodą Rockwella dokonaliśmy względem skali C, czyli użyliśmy stożka diamentowego o kącie wierzchołkowym α=
i promieniu zaokrąglenia wierzchołka r=0,2 mm. Próbkę kładziemy na stoliku i nakładamy na nią obciążenie wstępne F=100 kg. Następnie nakładamy obciążenie zasadnicze F=150 kg. Po zdjęciu obciążenia wielkości twardości odczytujemy z twardościomierza. Jednakże dla uwierzytelnienia wyników próbę należy przeprowadzić, co najmniej dwa razy. Otrzymaliśmy następujące wartości: dla ciężaru 10kg twardość Rockwella wyniosła 55,5 HC. Zaś przy nacisku 150 kg twardość nieco zmalała i wynosiła 52,5 HC.

Próbę udarności przeprowadzamy na dwóch próbkach. Jednej z materiału surowego, stali nie hartowanej, drugiej ze stali hartowanej. Przed przystąpieniem do wykonania eksperymentu należy próbki dokładnie zwymiarować. Następnie zachowując wszelkie wymogi bezpieczeństwa można rozpocząć łamanie stali przy użyciu młota wahadłowego typu Charpy. Próbka musi być tak, aby karb znajdował się w połowie odległości pomiędzy podporami i był zwrócony przeciwnie do punktu uderzenia młota.

4. Analiza wyników badań:

Przed przystąpieniem do doświadczenia metodą Brinella ważne jest dokładne wyczyszczenie próbki z wszelkich brudów, smarów itp. Oczywiście należy ją także wyszlifować w celu pozbycia się nierówności, które w przyszłości mogą być przyczyną niedokładności pomiaru. Podczas wygładzania uważać należy, aby nie zmienić twardości poprzez nagrzewanie. Próbkę należy ułożyć tak, aby uniknąć jakiegokolwiek jej przesunięcia. Średnice powstałego wgłębienia mierzymy w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach. Dokładność pomiaru dla kuli o średnicy 10 mm wynosi 0,5%.

W przeprowadzonym przez nas eksperymencie wielkość powstałego odcisku mierzymy w dwóch prostopadłych kierunkach. Średnica powstałego odcisku wyszła d=3,35mm. Dla danej średnicy odcisku twardość możemy odczytać z tablic. Dla d=3.35mm

twardość wyniosła 98 HB.

Metodę Rockwella stosuje się do pomiarów twardości stali węglowej i stopowych w stanie zahartowanym lub ulepszonym, w celu zmniejszenia błędów pomiaru związanych przeważnie z nierównościami powierzchni. Podczas przeprowadzania eksperymentu należy tak ułożyć próbkę, aby nie nastąpiły żadne przesunięcia, łapki muszą się o nią opierać.

Wynik twardości odczytujemy z twardościomierza. Podczas naszego eksperymentu podczas pierwszej próby wynik twardości otrzymaliśmy 55,5 HC próbę tą wykonywaliśmy dla obciążenia równego 100 kg, kolejną próbę przeprowadzaliśmy dla obciążenia 150 kg, odczytany przez nas wynik to 52,5 HC. Próbę wykonywaliśmy dla próbki ze stali hartowanej.

Przed przystąpieniem do próby udarności należy bardzo dokładnie zwymiarować próbkę. Granica błędu powinna zamykać się do 0,02 mm. Próbka musi być ustawiona tak aby karb znajdował się połowie odległości pomiędzy podporami i był zwrócony przeciwnie do punktu uderzenia młota. Przy wykonaniu tego ćwiczenia należy zachować szczególną ostrożność, gdyż młot Charpy'ego jest najniebezpieczniejszym przyrządem, jakiego używa się na laboratoriach materiałoznawstwa.

Wyniki pomiarów i obliczeń z próby udarnościowej:

Nr próbki

Materiał próbki

Typ próbki

Wymiar próbki w miejscu karbu

Praca K [J]

Udarność

A [mm]

b [mm]

S [cm^2 ]

[J/cm^2 ]

[kGm/cm^2]

1

stal 45

surowa

2

stal 45

hartowana

Szkice próbek otrzymanych podczas wykonywania ćwiczenia:

5. Wnioski:

Podczas przeprowadzania próby udarności na pierwszej próbce, ze stali surowej, nie pękła do końca. Można by wywnioskować, ze próbka ta miała mała twardość zaś duża udarność. Na złomie można zauważyć, że materiał był gruboziarnisty. Metal nie hartowany ma mniejszą twardość, ale za to duża odporność na pękanie. Widać to bardzo dobrze w porównaniu do próbki nr 2, ze stali hartownej. Ta pękła na dwie osobne części. Zauważyć można bardzo małą ziarnistość tej próbki, co przyczyniło się do jej całkowitego rozłamu. Po hartowaniu twardość materiału znacznie wzrasta jednak jednocześnie wzrasta jego kruchość.

Kolejną ważną rzeczą o jakiej należy wspomnieć jest siła z jaką próbka została złamana. Aby złamać próbkę ze stali nie hartownej potrzebna jest mniejsza siła zaś jeśli chodzi o siłę potrzebną do złamania próbki ze stali hartowanej należy przyłożyć siłę większą. W takim jednak przypadku próbka się nie wygnie lecz pęknie na kawałki. Warto by w tym miejscu wspomnieć o dwóch innych próbach przeprowadzonych na ćwiczeniach próbie Rockwella i Brinella obie te próby pokazywały zależność twardości od zadanego obciążenia. Z tego możemy wywnioskować że im większy jest nacisk tym twardość materiału maleje. Odstępstwa wyliczeń od normy mogą być spowodowane złym odczytem wartości ze wskaźnika lub błędem względnym urządzenia pomiarowego.

---