SPRWZM~2.DOC

1.  WSTĘP.

TWARDOŚCIĄ - nazywamy opór przeciw wciskaniu w badany materiał odpowiednio dobranego wgłębnika, którym może być kulka, stożek lub ostrosłup.

Większość metod badania twardości należy do statycznych tzn. następuje powolne wciskanie wgłębnika przy działaniu siły stałej lub stopniowo wzrastającej do określonej wartości, ale są także metody dynamiczne, polegające na wciskaniu wgłębnika przez uderzenie.

Do metod statycznych należą :

a) metoda BRINELLA

b) metoda ROCKWELLA

c) metoda VICKERSA

Do metod dynamicznych należą :

a) metoda POLDI

b) metoda SHORE’A

METODA BRINELLA - polega na wciskaniu w materiał kulki stalowej o średnicy  D=10; 5; 2,5 ; 2 lub 1 mm, przy  zastosowaniu siły F zależnej od średnicy i twardości materiału, zgodnie ze wzorem:  

                                                 [N]

gdzie:

K - współczynnik zależny od twardości

D - średnica kulki [mm]

Przy właściwym doborze siły średnica odcisku „d” powinna mieścić się w następującym zakresie :

Liczba twardości określana jest jako stosunek siły do powierzchni odcisku.

Granicą stosowalności metody Brinella jest twardość 450HB, gdyż przy większej twardości następuje już duży błąd związany z odkształceniem kulki. Stosując kulki z węglików spiekanych można mierzyć twardość do HBW@650. W przypadku kulki stalowej stosuje się symbol HBS, a w przypadku kulki z węglików spiekanych HBW.

Aby określić twardość mierzymy średnicę odcisku i dla niej odczytujemy twardość z tablic.

METODA ROCKWELLA - polega na wciskaniu w badany materiał wgłębnika w postaci kulki stalowej o średnicy 1/16 cala lub stożka diamentowego o kącie rozwarcia 1200 i promieniu zaokrąglenia  r = 0,2 mm . W zależności od twardości materiału dobiera się rodzaj wgłębnika i twardość odczytuje się na odpowiedniej skali. Do badania stali w stanie zahartowanym używa się stożka, a twardość odczytuje się na skali czarnej C. Do materiałów miękkich stosuje się kulkę , a twardość odczytuje się na skali B (czerwonej). Obciążenie całkowite przy stożku wynosi 1471 [N] (150 kG), przy kulce 981 [N] (100 kG). Miarą twardości jest głębokość wniknięcia wgłębnika. Liczbę twardości odczytuje się bezpośrednio na czujniku przyrządu.

METODA VICKERSA - polega na wciskaniu w badany materiał wgłębnika w postaci diamentowego ostrosłupa o kącie dwuściennym 1360, który jest wciskany siłą F = 49, 98, 196, 294, 490, 981 [N] ( odpowiednio 5, 10, 20, 30, 50, 100 [kG] ). Liczbę twardości obliczamy jako stosunek siły nacisku F (w [N]) do pola powierzchni odcisku (w [mm2]) :

gdzie :

d - średnia arytmetyczna obu przekątnych odcisku

a - kąt dwuścienny = 1360

Metoda ta nadaje się szczególnie do pomiaru bardzo twardych powierzchni np.: hartowanych, nawęglanych, azotowanych.

METODA POLDI - pomiaru dokonuje się za pomocą tzw. młotka Poldi . Kulka stalowa o średnicy 10 mm umieszczona jest pomiędzy badaną próbką a płytką wzorcową o znanej twardości HBw . Następuje uderzenie młotkiem, po którym powstają odciski kulki zarówno na próbce jak i na płytce. Wtedy :

gdzie :

p - próbka , w - wzorzec

k - współczynnik zależny od wielkości odcisku na próbce i płytce wzorcowej

Zaletą tej metody jest możliwość pomiaru twardości dużych i ciężkich elementów jak i również przy wysokich temperaturach. Wadą metody tej jest przybliżona wartość mierzonej twardości.

METODA SHORE’A - w niektórych przypadkach korzystnie jest stosować metodę odbiciową (skleroskop Shore’a), gdyż nadaje się ona do pomiaru bardzo twardych powierzchni (np.: walców hutniczych), a pomiar nie zostawia  żadnych śladów, które mogłyby  zapoczątkować pęknięcie. Miarą twardości jest wysokość odbicia bijaka spadającego ze stałej wysokości, którą odczytuje się na skali.

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA.

Pomiaru twardości próbek dokonaliśmy trzema metodami : Brinella, Rockwella i Vickersa . Każdą metodą badaliśmy trzy rodzaje próbek z różnych stali.

- metodą Vickersa dokonaliśmy pomiaru na urządzeniu typu HPO250 przy obciążeniu 5 [kG]

- metodą Rockwella - na urządzeniu typu 6104, wgłębnikiem był stożek, obciążenie wstępne 10[kG], obciążenie zasadnicze 140 [kG], twardość odczytujemy na skali C.

- metodą Brinella na urządzeniu typu B 3 , wgłębnik - kulka o średnicy 5 mm, obciążenie 500[kG].

Z uwagi na nietypowe obciążenie 500 [kG], dla którego nie ma umieszczonej w tablicy twardości musimy ją obliczyć ze wzoru :

           gdzie :

                      D - średnica kulki [mm]

d - średnica odcisku [mm]

F - siła nacisku [N] = 4905 [N]

3. WYNIKI POMIARÓW.

Tabela 1.

Tabela 2.

                                                 TWARDOŚĆ PRÓBEK

Dla metody Rockwella obliczam głębokość wgłębienia :

                                                 HRC = 100 - e

                                                    e =

h - głębokość wgłębienia

                                                  h = e · 0,002

                                                   e = 100 - HRC

e1 = 100 - 24 = 76                        h1 = 0,002 · e1 = 0,002 · 76 = 0,152 [mm]

e2 = 100 - 43 = 57                        h2 = 0,002 · e2 = 0,002 · 57 = 0,114 [mm]

e3 = 100 - 56 = 44                       h3 = 0,002 · e3 = 0,002 · 44 = 0,088 [mm]

4.  WNIOSKI.

Dla metod : Vickersa i Rockwella dokonaliśmy trzech pomiarów tej samej próbki. Ze względu na różnicę w strukturze materiału każdy pomiar miał różną wartość i dlatego też pomiary te należy uśrednić, odrzucając wartości znacznie odbiegające od innych .

Po wykonaniu doświadczenia można stwierdzić, iż najkorzystniejszą metodą badania twardości jest metoda Rockwella, gdyż można nią przeprowadzić pomiary dla szerokiego zakresu twardości metali (zmieniając jedynie wgłębnik : metale twarde - HB > 400 - stożek, miękkie - kulka), odcisk na powierzchni próbki jest niemal niewidoczny, a poza tym jest to metoda najszybsza, pozwalająca najszybciej określić twardość badanej próbki.