POLITECHNIKA GDANSKA MARCA

Wydzial: OCEANOTECHNIKI I OKRETOWNICTWA DATA:20 1999

S P R A W O Z D A N I E

1. Dane grupy:

grupa B inzynierskie

Autorzy: Filip Lubanski

Edward Konarzewski

Marcin Krzywinski

2. Temat:

Pomiary twardosci metali

3. Cel cwiczenia:

Celem niniejszego cwiczenia jest poznanie metod badania twardosci metali wedlug trzech sposobów:

- sposobem Brinella,

- sposobem Vickersa,

- sposobem Rockwella

oraz zapoznanie sie z budowa twardosciomierzy sluzacych do pomiaru wymienionymi sposobami.

4. Metodyka badan

Próby twardosci klasyfikujemy w zaleznosci od rodzaju oporu, jaki material stawia podczas próby. Wyrózniamy:

• statyczne próby twardosci (Bvrinell, Vickers, Rockwell)

• dynamiczne próby udarnosci, podczas których opór materialu wywolany dzialaniem obciazenia udarowego jest zwiazany z odksztalceniem plastycznym lub sprezystym

• próby zarysowania

Próby twardosci maja zastosowanie podczas:

• kontroli wyników procesów technologicznych obróbki plastycznej, cieplnej i cieplno-chemicznej

• kontroli jednorodnosci materialu

• szybkiego sortowania gatunków lub stanów materialu

• przyblizonej oceny wytrzymalosci na rozciaganie niektórych materialów

Pomiary twardosci naleza do pomiarów szybkich, latwych i dokladnych. Pomiary te odbywaja sie w niewielkiej objetosci materialu i moga byc w niektórych przypadkach wykonywane na gotowych wyrobach.

Statyczne metody badania twardosci polegaja na statycznym wciskaniu wglebnika prostopadle w gladka powierzchnie przy okreslonym obciazeniu i przez okreslony czas. Metody dynamiczne polegaja natomiast na udarowym dzialaniu wglebnika na powierzchnie badanego przedmiotu. Metody statyczne naleza do metod ilosciowych, natomiast metody dynamiczne to pomiary jakosciowe twardosci.

Sposób Brinella

Pomiar twardosci metali sposobem Brinella polega na wciskaniu w okreslonym czasie w badana próbke pod dzialaniem sily obciazajacej przylozonej prostopadle do tej powierzchni, kulki stalowej, hartowanej lub z weglików spiekanych o srednicy D oraz na zmierzeniu srednicy d trwalego odcisku kulki (po jej odciazeniu).

Twardoscia Brinella HB nazwano stosunek sily obciazajacej F [kG] do powierzchni S kulistego odcisku w mm.

HB=F/S

Po wprowadzeniu układu SI twardosc wyraza sie wzorem:

HB = współ x F/S = 0,102 x F/S

gdzie: S = πdh

W czasie próby kulke o srednicy D={10;5;2,5;2;1} nalezy obciazac równomiernie bez wstrzasów do zadanej sily w ciagu 2 do 8s od momentu zetkniecia próbki z kulka. Wynik pomiaru twardosci zalezy od srednicy kulki oraz wielkosci i czasu działania sily obciazajacej. Dlatego tez symbol HB uzupelnia sie dalszymi liczbami okreslajacymi badanie. Wyrózniamy kolejno:

• srednice kulki (D)

• wartosc wyrazenia 0,102F

• czas dzialania sily obciazajacej

Pomiar twardosci sposobem Brinell'a prowadzi sie przy uzyciu kulki stalowej, gdy oczekiwana twardosc materialu nie przewyzsza 450 HB, lub za pomoca kulki z weglików spiekanych, do badania materialów o twardosci 450 - 650 HB

Sposób Vickersa

Pomiar twardosci sposobem Vieckersa polega na wciskaniu przez okreslony czas, foremnego, czworokatnego ostroslupa diamentowego o kacie dwusciennym L=136⁰ w plaska dostatecznie gladka powierzchnie przedmiotu pod obciazeniem F prostopadlym do tej powierzchni. Po odciazeniu mierzy sie dlugosc przekatnych d1 i d2 powstalego odcisku na powierzchni próbki w celu okreslenia wartosci sredniej d.

Twardosc Vickersa HV wyraza sie stosunkiem sily F [kG] do powierzchni bocznej otrzymanego odcisku S [mm].

HV=F/S=(2FsinL/2)/d2

Oznaczenie jednostki twardosci Vickersa HV uzupelnia sie liczbami okreslajacymi umownie wartosc sily obciazajacej wglebnik oraz czas dzialania calkowitej sily obciazajacej, jesli jest inny niz standartowy (10s<t<15s)

Sposób Rockwella

Pomiar twardosci sposobem Rockwella polega na dwustopniowym wciskaniu wglebnika sila wstepna F₀ i sila glówna F₁ w badana próbke przy okreslonych warunkach obciazenia i pomiarze trwalego przyrostu glebokosci odcisku.

Etapy dwustopniowego pomiaru twardosci metoda Rockwella:

1. Próbka spoczywa na stoliku przedmiotowym.

2. Pod obciazeniem sila wstepna F₀ wglebnik zostaje wcisniety na glebokosc h₀, która zostaje przyjeta za glebokosc odniesienia przy pomiarze trwalego przyrostu glebokosci odcisku. Czujnik twardosciomierza ustawia sie w polozeniu zerowym.

1. Do obciazenia sila wstepna F₀ naklada sie statycznie glówna sile obciazajaca F₁, która powoduje zaglebienie wglebnika na glebokosc H₁, czyli obciazenie sila calkowita F=F₀+F₁ powoduje przyrost glebokosci h₁

1. Odciaza sie glówna sile obciazajaca F₁ i wskutek sprezystosci badanej próbki oraz samego twardosciomierza, wglebnik podniesie sie o wartosc h2. Trwaly przyrost glebokosci odcisku mierzony od lini odniesienia wynosi wtedy h=h₁-h₂ i jest przyjety do wyznaczania twardosci Rockwella.

Odczytu twardosci HR dokonuje się na odpowiednio wyskalowanym czujniku zegarowym, bezposrednio sprzezonym z obciazona dzwignia.

5. WNIOSKI

Przypatrujac sie metodom uzytym dla potrzeb doswiadczenia mozemy stwierdzic, iz pomiary twardosci sposobami: Brinella czy Vickersa sa trudniejsze niz pomiar sposobem Rockwella.

Twardosci materialu nie mozna porównywac ze soba, gdyz nie kazdym sposobem mozna badac twardosc poszczególnych próbek.

Przykladowo sposób Brinella stosuje sie do pomiaru twardosci stali wywazonych, zeliw, miedzi i jej stopów, cynku olowiu i jego stopów, cyny, stopów aluminium. Natomiast sposobem Rockwella do stopów o twardosci np.: 60-HRA.

Istnieje takze mozliwosc uzaleznienia twardosci Brinella materialów ciagliwych od ich wytrzymalosci na rozciaganie, a takze pomiarów twardosci stopów wielofazowych. Zalete ta zawdziecza duzej powierzchni odcisku kulki, który obejmuje wszystkie skladniki strukturalne wystepujace w stopie, dajac srednia ich wartosci.

W innych sposobach pomiaru, gdzie stosowane sa ostre wglebniki, dajace male odciski, istnieje prawdopodobienstwo wcisniecia w skladnik miekki lub twardy struktury stopu, co powoduje bledny wynik. Ma to szczególne znaczenie przy pomiarze twardosci zeliw, miekkich stopów wielofazowych.

Metode Brinella mozna uwazac za metode ograniczona w stosunku do sposobu Rockwella, poniewaz w metodzie Brinella mozemy badac jedynie miekkie metale. Gdybysmy zbadali w twardosciomierzu Brinella próbke pewnego twardego materialu to spowodowaloby to odksztalcenie materialu lub kulki.

Twardosc metalu jest funkcja wielu czynników zewnetrznych, a w szczególnosci zalezy od ksztaltu i wymiarów zastosowanego wglebnika.

Pomimo tego, iz pomiary sposobem Rockwella jest szybkie, latwe w pomiarze obsludze twardosciomierza to nie istnieje mozliwosc porównywania poszczególnych skal twardosci. Ponadto duzy wplyw na wynik pomiaru ma niepoprawne ustawienie przedmiotu, zanieczyszczenia sruby podnosnej i podstawek oraz stolika przedmiotowego.

Porównujac metodyke badan sposobem Brinella ze sposobem Rockwella, stwierdzamy, iz jest on bardziej pracochlonny oraz nie ma mozliwosci pomiaru twardosci wyrobów twardych, drobnych oraz cienkich warstw powierzchniowych.

4

---