DSCN2409 (3)

PRÓBA TWARDOŚCI METALI

WPROWADZENIE

Twardość jest jedną z cech materiału równic ważną z konstrukcyjnego i technologicznego punktu widzenia, jak wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie. przewężenie, udarność itp.Przy konstruowaniu części maszyn i urządzeń należy zdawać sobie sprawę z charakteru ich pracy, współpracy z innymi elementami danej maszyny czy urządzenia po to, by należycie dobrać materiał i uzyskać (na przykład za pomocą obróbki cieplnej) optymalną dla danych warunków pracy twardość elementu, współpracujących powierzchni itp.

Jako przykład niech posłuży czop wału korbowego silnika spalinowego. Powierzchnia zewnętrzna czopa współpracująca z panewką powinna mieć dużą twardość w celu zapewnienia odporności na ścieranie. Jednocześnie, ze względu na charakter pracy wału korbowego i duże obciążenie dynamiczne, wymaga się, by rdzeń charakteryzowała duża udarność. Wynika stąd. że w przekroju poprzecznym twardość czopa musi być zmienna: największa na powierzchni zewnętrznej i malejąca w kierunku osi czopa. Właściwie dobrana twardość zapewni więc prawidłową pracę elementu przez cały przewidziany dla niego okres eksploatacji. Zbyt duża twardość może powodować na przykład łuszczenie się powierzchni (pitting) lub szybsze zużycie elementów współpracujących, zbyt mała - trudność w uzyskaniu wymaganej gładkości. W obu tych przypadkach źle dobrana twardość spowoduje znaczne skrócenie czasu eksploatacji elementu łub wręcz tę eksploatację uniemożliwi.

Ze względu na związek pewnych cech materiału ze sobą próbę twardości, jako stosunkowo łatwą do przeprowadzenia nie tylko w warunkach laboratoryjnych, można również wykorzystać do przybliżonego określenia wytrzymałości na rozciąganie. W przypadku stali węglowych można posługiwać się zależnością:

R_m *0,34 HB,

gdzie HB oznacza twardość stali w skali Brinella. Określenie wytrzymałości na

rozciąganie dla stali poprzez zmierzenie jej twardości stosowane jest zwłaszcza wówczas, gdy wykonanie próbek i dokonanie dokładnych badań jest niemożliwe, ponieważ wiązałoby się ze zniszczeniem urządzenia lub wyłączeniem go na pewien czas z eksploatacji. Tak na przykład, przy obliczeniach wytrzymałościowych pracujących zbiorników ciśnieniowych pomiar twardości blachy użytej na wykonanie zbiornika pozwala się zorientować w przybliżeniu o wartości wytrzymałości na rozciąganie materiału, a tym samym na przeprowadzenie obliczeń wytrzymałościowych bez wycinania ze zbiornika próbek i wyłączenia go z eksploatacji.

W przypadku przeprowadzania badań materiałowych twardość jest tą cechą, która przy znanych własnościach plastycznych i wytrzymałościowych materiału ułatwia określenie jego gatunku i rodzaju przeprowadzonej obróbki cieplnej.

W Polsce, w zależności od gatunku i rodzaju materiału, zastosowanej do niego obróbki cieplnej i sposobu pomiaru twardości (pomiary statyczne, dynamiczne), stosowanych jest kilka metod pomiarów. Najbardziej rozpowszechnionymi metodami statycznymi są:

p metoda Brinella (PN-78/H-04350),

—    metoda Rockwella (PN-78/H-04355),

—    metoda Vickersa (PN-78/H-04360).

Do najbardziej rozpowszechnionych metod dynamicznych należą:

—    pomiar twardości młotkiem Poldiego (omówiony będzie dokładniej po metodach statycznych),

—    metoda Shore’a (metoda skleroskopowa) polegająca na pomiarze wysokości odbicia od badanego materiału swobodnie spadającego z wysokości H = 275 mm — podzielonej na 140 działek — ciężarka stalowego o masie 2,626 g i pomiarze liczby działek, o które odbije się ciężarek; metoda ta stosowana jest w zasadzie do pomiaru twardości gumy.

Przy badaniach twardości przedmiotów o bardzo małych wymiarach, cienkich lub wykonanych z materiałów miękkich itp. stosuje się pomiary przy bardzo małych siłach obciążających wgłębnik lub metody specjalne, nie zawsze objęte Polską Normą. Są to przede wszystkim:

—    metoda Vickersa polegająca na wyznaczaniu twardości ostrosłupem Vickersa pod obciążeniem F < 9,8 N (1 kG) (zasady pomiaru reguluje PN-79/H--04361);

—    metoda Rockwella przy zastosowaniu (poza skalą A, B, C i F) skali N (pomiar twardości stożkiem) oraz skali T (pomiar twardości kulką) dla bardzo małych obciążeń wstępnych i głównych (F₀ — 29,42 N; F, = 117,68 N: 264,78 N; 411,68 N) — zasady pomiaru reguluje tu norma PN-82/H-04362;

—    metoda Knoopa polegająca na wgłębianiu diamentowego ostrosłupa o podstawie rombu i obliczeniu stosunku obciążenia do powierzchni rzutu odcisku;

—    metoda zarysowania polegająca na zrobieniu rysy na polerowanej powierzchni stożkiem diamentowym o kącie wierzchołkowym 90^c. Jako miarę