Pomiary twardości - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Pomiary twardości - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (905.9 KB)
22 strony
688Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: pomiary twardości.pomiar twardości metali sposobem Brinella.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 22
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Metaloznawstwo cz1.pdf

2. POMIARY TWARDOŚCI

Właściwości mechaniczne są to cechy materiału, które decydują o jego zdolności do przeciwstawienia się działaniu różnych obciążeń mechanicznych. W celu ich określenia stosuje się najczęściej próby statyczne rozciągania, zginania, ściskania, skręcania oraz twardości. Próby twardości są najbardziej rozpowszechnione. Tłumaczy się to:

• łatwością ustalenia związku pomiędzy wynikami pomiarów twardości i in- nych właściwości mechanicznych,

• szybkością, łatwością i dokładnością pomiarów,

• możliwością wykonania pomiarów w warunkach, w których badania innych właściwości mechanicznych nie mogą być przeprowadzone,

• nieznacznym uszkodzeniem badanych próbek lub wyrobów, • prostotą konstrukcji przyrządów pomiarowych.

W praktyce przemysłowej twardość jest często jedynym kryterium oceny poprawności przeprowadzonych operacji obróbki cieplnej lub cieplno-chemi- cznej. Na stanowiskach kontroli, wyposażonych w twardościomierze, sprawdza się, czy twardość wyrobów odpowiada wymaganiom kart technologicz- nych.

Pierwszą skalą, opracowaną w 1811 roku do pomiaru twardości minera- łów, była skala Mohsa (rys. 2.11). Tworzy ją 10 minerałów o wzrastającej twardości: 1) talk, 2) gips, 3) kalcyt, 4) fluoryt, 5) apatyt, 6) ortoklaz, 7) kwarc, 8) topaz, 9) korund, 10) diament. Jeżeli dany minerał można łatwo zarysować ortoklazem i z trudnością apatytem, a sam z trudnością rysuje apatyt, to twardość jego określa się liczbą 5. Jeżeli jest rysowany przez ortoklaz, a rysuje apatyt, to twardość jego wyraża się liczbą ułamkową 5,5.

Do badań twardości metali stosuje się próby polegające na wgniataniu różnych wgłębników w gładką powierzchnię, przy określonym obciążeniu i przez określony czas. Stąd, twardość metali i stopów można określić jako miarę oporu stawianego przy wciskaniu wgłębnika lub miarę oporu przeciw odkształceniom trwałym.

W zależności od rodzaju oporu, jaki stawia materiał, próby twardości dzieli się na:

docsity.com

Tablica 2.1

Klasyfikacja prób twardości

Brinella PN-91/H-04350 Vickersa PN-91/H-04360 Rockwella PN-91/H-04365 Knoopa Grodzińskiego

statyczne

PRÓBY TWARDOŚCI

dynamicznie Poldi Shore'a

zarysowania

W grupie statycznych sposobów pomiaru twardości, w zależności od obciążenia wgłębnika, wyróżnia się pomiary makrotwardości (obciążenie od 10 do 29420 N) oraz pomiary mikrotwardości (obciążenie poniżej 10 N). Makro- twardość jest wypadkową twardości wszystkich składników struktury materia- łu. Wynika to ze stosunkowo dużego obszaru objętego pomiarem. Pomiary mikrotwardości stosowane są natomiast dla wyznaczenia twardości poszczegó- lnych składników strukturalnych stopu (wymiary odcisku rzędu mikrometrów).

Najbardziej rozpowszechnione są statyczne metody pomiaru twardości: Brinella, Vickersa, Rockwella oraz metoda dynamiczna - Poldi.

2.1. Pomiar twardości metali sposobem Brinella

2.1.1. Zasada pomiaru

Pomiar twardości sposobem Brinella polega na wciskaniu w badaną próbkę, z siłą F prostopadłą do badanej powierzchni, twardej kulki stalowej lub z węglików spiekanych o średnicy D równej 10, 5, 2,5, 2 lub 1 mm. Twardość wyraża się stosunkiem obciążenia siły F do powierzchni kulistej czaszy trwałego odcisku S. Pole powierzchni odcisku oblicza się na podstawie

statyczne, podczas których opór materiału spowodowany działaniem ob- ciążenia statycznego jest związany z odkształceniem plastycznym,

dynamiczne, podczas których opór materiału wywołany działaniem ob- ciążenia udarowego jest związany z odkształceniem plastycznym lub spręży- stym,

zarysowania, w których opór materiału jest związany z jego zarysowa- niem.

16

docsity.com

17

Rys. 2.1. Schemat pomiaru twardości sposobem Brinella: a) podczas obciążenia, b) po odciążeniu: 1 - kulka, 2 - element obciążający, 3 - badany materiał, 4 - odcisk

pomiaru średnicy trwałego odcisku d (rys. 2.1). Twardość Brinella wyraża się wzorem:

siła F w [N].

Dla uniknięcia pracochłonnych obliczeń zostały ułożone tablice, z których na podstawie wymiaru średnicy odcisku, średnicy kulki i obciążenia odczytuje się twardość.

2.1.2. Próbka

Przed przystąpieniem do pomiaru twardości należy odpowiednio przygo- tować próbkę, przestrzegając następujących zasad: • kształt próbki może być dowolny, pod warunkiem zastosowania do pomia- rów odpowiedniego stolika przedmiotowego, zapewniającego prostopadłość powierzchni pomiarowej do kierunku działania obciążenia oraz stabilne położenie próbki bez odkształceń sprężystych i przesunięć pod wpływem obciążenia; • powierzchnia danego przedmiotu powinna być płaska, równa oraz oczysz- czona ze zgorzeliny, smaru itp. Dopuszcza się ślady obróbki mechanicznej, jeżeli możliwy jest pomiar średnicy odcisku z wymaganą dokładnością; • grubość próbki powinna być co najmniej 8 razy większa niż głębokość odcisku h. Należy tak dobrać średnicę kulki i obciążenie, aby po drugiej stronie próbki nie występowały ślady odkształceń.

docsity.com

18

2.1.3. Warunki pomiaru

W zakresie do 450 HB stosuje się kulki stalowe hartowane. Powyżej tej twardości odkształcenie sprężyste kulki (spłaszczenie) zaczyna zakłócać po- miar, dając płytszy odcisk o większej średnicy, co zaniża wynik. W wypadku materiałów twardszych (do 650 HB) stosuje się kulki z węglików spiekanych.

Zaleca się stosowanie kulki o średnicy D = 10 mm, a jeżeli grubość próbki na to nie pozwala, kulki o średnicy mniejszej, lecz możliwie największej dopuszczalnej.

Średnica odcisku d powinna zawierać się w granicach:

0,24 D < d < 0,6D (2.2)

Zbyt mały odcisk daje nieostrą krawędź, co uniemożliwia dokładny pomiar. Przy zbyt dużym odcisku natomiast materiał próbki zaczyna płynąć na boki.

Wynik pomiaru trwadości Brinella zależy od wielkości obciążenia (rys. 2.2). Badania twardości tej samej próbki przy różnych obciążeniach i jednakowej średnicy kulki dają różne wyniki. Podobnie - pomiary przy stałym obciążeniu i różnych średnicach kulek. Jednakowe wyniki otrzymuje się wówczas, gdy stosunek obciążenia do kwadratu średnicy kulki jest stały. Stąd, wartości siły obciążającej F dla kulek o średnicy D uzależniono od stałej obciążenia K:

F = 9,807 KD2 (2.3)

W tablicy obciążeń (tabl. 2.2) stała K przyjmuje znormalizowane wartości: 30, 15, 10, 5, 2,5; 1,25 lub 1. Dla jednakowej wartości stałej K, przy po- danych wartościach F i D, otrzymuje się jednakowe wyniki pomiaru

Rys. 2.2. Twardość Brinella w zależności od obciążenia przy jednakowej średnicy kulki

docsity.com

Tablica 2.2

Wielkość siły obciążającej F w zależności od średnicy kulki D i stałej obciążenia K

Średnica kulki

D [mm]

10

5

2,5

2

1

Stała obciążenia K

(HBS.. lub HBW..)

30

15

10

5

2,5

1,25

1

30

10

5

2,5

1,25

1

30

10

5

2,5

1,25

1

30

10

5

2,5

1,25

1

30

10

5

2,5

1,25

1

Siła obciążająca

F [N]

29 420

14 710

9 807

4 903

2 452

1 226

980,7

7 355

2 452

1 226

612,9

306,5

245,2

1 839

612,9

306,5

153,2

76,61

61,29

1 177

392,3

196,1

98,07

49,03

39,23

294,2

98,07

49,03

24,52

12,26

9,807

19

docsity.com

Tablica 2.3

Stała obciążenia K w zależności od rodzaju materiału badanej próbki i jego twardości

Zalecana wartość

K

30

15

10

5

2,5

1,25

1

Twardość Brinella

(HBS.. lub HBW..)

96÷650

50÷325

32÷200

16÷100

8÷50

4÷25 3,2÷20

Rodzaj badanego materiału

- stal - żeliwo i stopy niklu, tytanu, kobaltu itd. o twar-

dości powyżej 140 jednostek Brinella - miedź i stopy miedzi o twardości powyżej 200 jed-

nostek Brinella

- miedź i stopy miedzi o twardości 50÷300 jedno- stek Brinella

- metale lekkie i ich stopy oraz stopy łożyskowe o twardości powyżej 50 jednostek Brinella

- żeliwo i stopy niklu, tytanu, kobaltu itd. o twar- dości poniżej 140 jednostek Brinella

- miedź i stopy miedzi o twardości 35 lub 200 jed- nostek Brinella

- metale lekkie i ich stopy o twardości powyżej 80 jednostek Brinella

- miedź i stopy miedzi o twardości poniżej 35 jed- nostek Brinella

- metale lekkie i ich stopy oraz stopy łożyskowe o twardości 35 do 80 jednostek Brinella

- metale lekkie i ich stopy oraz stopy łożyskowe o twardości poniżej 35 jednostek Brinella

- ołów, cyna, stopy łożyskowe oraz inne metale o twardości poniżej 20 jednostek Brinella

20

docsity.com

21

twardości Brinella. Wartość stałej obciążenia K należy dobrać w zależności od spodziewanej twardości badanej próbki, tak aby uzyskać wielkości odcisków w granicach określonych zależnością 2.2. Wytyczne doboru stałej K w zależno- ści od rodzaju materiału próbki i spodziewanej twardości podano w tab- licy 2.3.

Na każdej próbce należy wykonać co najmniej 3 pomiary, zwracając uwagę, by odstęp środków sąsiednich odcisków był większy od 4-krotnej średnicy odcisku, a odstęp środka odcisku od krawędzi próbki był większy od 2,5-krotnej średnicy odcisku.

Próbkę należy obciążać równomiernie bez wstrząsów do żądanej siły w ciągu 2—8 sekund, licząc od chwili zetknięcia kulki z próbką. Czas działania całkowitej siły obciążającej, w zależności od oczekiwanej twardości badanej próbki, powinien być zgodny z podanym w tablicy 2.4.

Czas działania całkowitej siły obciążającej w zależności od oczekiwanej twardości badanej próbki

Twardość Brinella HB.. (HBS.. lub HBW..)

do 10

powyżej 10 do 35

powyżej 35 do 100

powyżej 100

Czas obciążenia Τ s

180

120

30

10 do 15

Wartości liczbowe twardości uzyskane przy użyciu kulki stalowej uzupeł- nia się symbolami HB lub HBS, a wartości twardości uzyskane przy użyciu kulki z węglików spiekanych - HBW. Symbole te uzupełnia się dalszymi liczbami określającymi warunki badania, wyrażającymi kolejno: średnicę kulki D, wielkość siły obciążającej (0,102 F) i czas działania siły obciążającej t - o ile są one inne niż standardowe (D = 10 mm, F = 29420 N, t = 10—15 s).

2.1.4. Zasada zapisu twardości

Tablica 2.4

docsity.com

22

Np. 220 HBS lub 220 HB - twardość Brinella 220 zmierzona przy użyciu kulki stalowej w warunkach standardowych,

540 HBW/5/750 - twardość Brinella 540 zmierzona przy użyciu kulki z węglików spiekanych o średnicy 5 mm przy ob- ciążeniu F — 7355 N przez 10-15 s.

2.1.5. Wady i zalety pomiaru twardości sposobem Brinella

Wady:

• duża pracochłonność pomiarów, • brak możliwości pomiarów twardości wyrobów twardych, drobnych

oraz cienkich warstw powierzchniowych, • możliwość uszkodzenia powierzchni badanego przedmiotu ze względu

na duże obciążenie wgłębnika.

Zalety:

• twardość Brinella materiałów ciągliwych można uzależnić od ich wy- trzymałości na rozciąganie,

• jedna skala twardości dla wszystkich materiałów, • możliwość pomiaru twardości stopów wielofazowych,

Ostatnią zaletę sposób Brinella zawdzięcza dużej powierzchni odcisku kulki (rys. 2.3), który obejmuje wszystkie składniki strukturalne występujące w stopie, dając średnią ich twardość. W innych sposobach pomiaru, gdzie stosowane są ostre wgłębniki, dające małe odciski, istnieje prawdopodobieńst- wo wciśnięcia w składnik miękki lub twardy struktury stopu, co daje błędny wynik. Ma to szczególne znaczenie przy pomiarze twardości żeliw i miękkich stopów wielofazowych (np. łożyskowych).

Rys. 2.3. Porównanie wielkości odcisku w sposobie pomiaru twardości Brinella i Rockwella

docsity.com

23

Dla stali węglowych podeutektoidalnych istnieje przybliżona zależność pomiędzy twardością Brinella a wytrzymałością na rozciąganie Rm [kG/mm

2].

Rm = αHB (2.4)

Współczynnik α zależy od stosunku granicy plastyczności Re do wytrzymałości na rozciąganie Rm stali. Ze wzrostem stosunku Re/Rm od 0,5 do 0,9, współczynnik α zmienia się od 0,36 do 0,34. Wartości wynikające z zależności (2.4) dla stali ujęto w tablicy zamieszczonej w PN-93/-04357. Wartości te mają jedynie charakter orientacyjny. Danych z tablicy nie można stosować dla stali hartowanych powierzchniowo, nawęglonych czy po zgniocie na zimno.

2.2. Pomiar twardości metali sposobem Vickersa

Przy pomiarze twardości sposobem Vickersa wgłębnikiem jest diamen- towy ostrosłup o podstawie kwadratu i kącie dwuściennym przy wierzchołku równym 136°. Pomiar twardości sposobem Vickersa polega na wciskaniu wgłębnika w płaską, i dostatecz- nie gładką powierzchnię przedmiotu, pod ob- ciążeniem F prostopadłym do tej powierzchni przez określony czas t. Po odciążeniu mierzy się długość przekątnych d1 i d2 odcisku po- wstałego na powierzchni próbki (rys. 2.4). Twardość Vickersa wyraża się stosunkiem siły F do pola powierzchni odcisku, obliczo- nego z średniej arytmetycznej wartości długo- ści przekątnych d.

(2.5)

Rys. 2.4. Schemat pomiaru twardo- ści sposobem Vickersa: a) podczas obciążenia, b) odcisk; 1 - wgłębnik, 2 - siła obciążająca, 3 - próbka,

4 - odcisk siła F w [N].

2.1.6. Zależność twardości Brinella od wytrzymałości na rozciąganie

2.2.1. Zasada pomiaru

docsity.com

24

Przekątne odcisku d1 i d2 mierzy się z dokładnością do 0,001 mm. Obliczanie twardości wg wzoru (2.5) nie jest konieczne, ponieważ twardości Vickersa w funkcji długości przekątnej d dla różnych obciążeń F znajdują się w tablicach w PN-91/H-04360. Pomiaru długości przekątnych dokonuje się za pomocą układu optycznego wbudowanego w twardościomierz.

2.2.2. Próbka

Ze względu na dużą precyzję pomiaru próbkę należy przygotować szcze- gólnie starannie. • Powierzchnia w miejscu pomiaru powinna być płaska, a jej chropowatość nie może przekraczać 2,5 mm wg parametru Ra (próbki należy szlifować na papierach ściernych i polerować). Takie przygotowanie próbki gwarantuje dobrą widoczność małego odcisku w układzie optycznym twardościomierza. • Grubość próbki lub badanej warstwy powinna wynosić co najmniej 1,5 d.

2.2.3. Warunki pomiaru

Zalecaną siłą obciążającą wgłębnik F jest 294 N. Dopuszcza się również stosowanie następujących obciążeń: w zakresie małych obciążeń - 1,96; 2,94; 4,90; 9,80; 19,61; 24,52; 29,42 N; w zakresie dużych - 49,3; 98,07; 196,1; 490,3; 980,7 N.

Czas działania obciążenia, liczony od momentu osiągnięcia całkowitej siły F obciążającej wgłębnik, powinien wynosić 10—15 s. Dla niektórych materiałów dopuszcza się przyjęcie dłuższych czasów.

Na każdej próbce należy wykonać co najmniej trzy odciski. Odległość między środkiem odcisku i krawędzią próbki nie powinna być mniejsza niż 3d. Odległość między środkami sąsiednich odcisków nie powinna być mniejsza niż 3d dla stali i stopów miedzi oraz 6d dla metali lekkich.

2.2.4. Zasada zapisu twardości

Oznaczenie jednostki twardości Vickersa HV uzupełnia się liczbami, określającymi wielkość siły obciążającej wgłębnik (w KG) i czas działania całkowitej siły obciążającej wgłębnik, jeśli jest inny niż standardowy 10—15 s.

np.: 550 HV30 - twardość Vickersa 550 zmierzona przy obciążeniu wgłę- bnika siłą 294,2 N przez 10-15 s,

550 HV/l/20 - twardość Vickersa 550 zmierzona przy obciążeniu wgłębnika siłą 9,80 N przez 20 s.

docsity.com

25

• możliwość pomiaru twardości metali miękkich i twardych, • możliwość pomiaru twardości cienkich warstw powierzchniowych i dro-

bnych przedmiotów, • duża dokładność pomiarów, • jedna skala twardości dla wszystkich mate-

riałów, • w zakresie niskich twardości skala twardości

Vickersa pokrywa się ze skalą Brinella. Kąt dwuścienny ostrosłupa α = 136° został tak

dobrany, aby twardość Vickersa była zbliżona do twardości Brinella. Przy pomiarze twardości spo- sobem Brinella średnica d odcisku w większości przypadków jest zawarta w granicach 0,25D do 0,50D, a więc średnia wartość średnicy odcisku równa się 0,375D, co odpowiada kątowi rozwarcia stycznych 136° (rys. 2.5). Taka geometria wgłębnika daje zgodność twardości w skali Brinella i Vickersa aż do 300HV (rys. 2.8).

Zalety:

• duża pracochłonność ze względu na konieczność starannego przygoto- wania próbek,

• znaczny czas pomiaru, mała wydajność, • skomplikowana konstrukcja twardościomierza, wymagająca fachowej

obsługi, • znaczny wpływ chropowatości próbki na wynik pomiaru.

Wady:

2.3. Pomiar twardości metali sposobem Rockwella

2.3.1. Zasada pomiaru

Pomiar polega na dwustopniowym wciskaniu wgłębnika siłą wstępną Fo i siłą główną F1 w badaną próbkę przy określonych warunkach obciążenia. W metodzie Rockwella stosuje się trzy rodzaje wgłębników (tabl. 2.5): stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120° (skale A, C, D), kulkę stalową o średnicy 1,588 mm (skale B, F, G), kulkę stalową o średnicy 3,175 mm (skale E, H, K). Podstawą określenia twardości Rockwella jest pomiar trwałego przyrostu głębokości odcisku (trwałego odkształcenia). Wynik odczytuje się w jednostkach twardości HR na odpowiednio wyskalowanym czujniku zega- rowym.

Rys. 2.5. Kat rozwarcia stycz- nych w przypadku kiedy

d/D = 0,375

docsity.com

26

Rys. 2.6. Schemat pomiaru twardości sposobem Rockwella; Fo, F1 - obciążenie wstępne i główne, ho - głębokość odcisku pod obciążeniem siłą wstępną, h1 - przyrost głębokości odcisku pod obciążeniem siłą główną, e - trwały przyrost głębokości odcisku, mierzony pod obciążeniem siłą

wstępną

Zasadę pomiaru twardości przedstawiono na rys. 2.6. Obciążenie wstępne Fo powoduje dociśnięcie wgłębnika do próbki oraz skasowanie wszystkich luzów w układzie mechanicznym twardościomierza. Wgłębnik zajmuje pozycję na linii odniesienia na głębokości ho od powierzchni próbki. Po ustawieniu wskazówki czujnika zegarowego w położeniu początkowym, przykłada się obciążenie główne F1. Wgłębnik zostaje wciśnięty na głębokość h1 od linii odniesienia. Po upływie określonego czasu (pkt. 2.3.3) podnosi się dźwignią obciążenie główne, pozostawiając wstępne. Na skutek zaniku odkształcenia sprężytego, wgłębnik unosi się i zajmuje pozycję na głębokości e - jest to trwały przyrost głębokości odcisku. Wartość e mierzy się w jednostkach odpowiadają- cych wielokrotnościom 0,002 mm. Przyjęto, że maksymalna głębokość odcis- ku, odpowiadająca twardości równej zeru, wynosi 0,20 mm dla skal A, C, D oraz 0,26 mm dla skal B, E, F, G, H, K, co odpowiada kolejno 100 i 130 jednostkom. Stąd twardość w skalach A, C, D określa zależność: HR = 100 - e , dla pozostałych skal zależność: HR = 130 — e.

docsity.com

27

2.3.2. Próbka

Kształt próbki może być dowolny, pod warunkiem zastosowania do pomiarów twardościomierza ze stolikiem zapewniającym prostopadłość powie- rzchni pomiarowej do kierunku działania obciążenia. Próbka nie musi być specjalnie przygotowana, ważne jest tylko, by badana powierzchnia oraz powierzchnia przeciwległa były oczyszczone ze zgorzeliny i zanieczyszczeń.

Grubość próbki lub badanej warstwy nie powinny być mniejsza niż 10-krotna wartość trwałego przyrostu głębokości e.

2.3.3. Warunki pomiaru

Dobór skali w sposobie Rockwella zależy od rodzaju materiału oraz przewidywanej twardości. Orientacyjne przykłady zastosowania w pomiarach twardości skal: A, B, D, E, F, G, H, K przedstawiono w tablicy 2.6. Dla stali najczęściej wykorzystywane są skale B i C.

Wartości sił obciążających wgłębnik oraz zakres twardości dla poszczegól- nych skal zestawiono w tablicy 2.5.

Tablica 2.5

Siły obciążające wgłębnik oraz zakres twardości dla poszczególnych skal w sposobie Rockwella

Skala twardości Rockwella

A

C

D

B

F

G

E

H

K

Symbol twardości Rockwella

HRA

HRC

HRD

HRB

HRF

HRG

HRE

HRH

HRK

Postać i materiał wgłębnika

stożek dia- mentowy o kącie wierz- chołkowym 120°

kulka sta- lowa f 1,588 mm

kulka sta- lowa f 3,175 mm

Obciążenie wgłębnika N

siła wstęp- na Fo

98,07

siła główna

F1

490,3

1373

882,6

882,6

490,3

1373

882,6

490,3

1373

siła całkowita

F = Fo + F 1

588,4

1471

980,7

980,7

588,4

1471

980,7

588,4

1471

Zastosowanie do pomiaru w zakresach

2 0 ÷ 8 8 HRA

2 0 ÷ 7 0 HRC

4 0 ÷ 7 7 HRD

20÷100 HRB

60÷100 HRF

3 0 ÷ 9 4 HRG

70÷100 HRE

80÷100 HRH

40÷100 HRK

docsity.com

28

Tablica 2.6

Orientacyjne przykłady zastosowania w pomiarach twardości Rockwella skal A, B, C, D, E, F, G, H, K

Skala twardości

A

B

C

D

E

F

G

H

K

Orientacyjne przykłady stosowania

do stali węglowych i stopowych w stanie hartowanym i ulepszonym cieplnie, do cienkich wyrobów stalowych, przedmiotów stalowych płytko utwardzonych przez nawęglanie, do węglików spiekanych oraz innych stopów o twardości 60÷80 HRA

do wyrobów z miękkich stali, do stali węglowych i stopowych w stanie zamiękczonym lub normalizowanym, żeliwa ciągliwego, stopów miedzi, stopów aluminium oraz innych stopów metali nieżelaznych o twardości 30÷100 HRB

do materiałów twardszych niż 100 HRB, np. do stali węglowych i stopo- wych w stanie hartowanym lub ulepszonym cieplnie, wyrobów stalowych głęboko utwardzonych przez nawęglanie, twardych odlewów żeliwnych, perlitycznego żeliwa ciągliwego, tytanu oraz innych materiałów i stopów o twardości 20÷67 HRC

do cienkich wyrobów stalowych, przedmiotów stalowych średnio głęboko utwardzonych przez nawęglanie, perlitycznego żeliwa ciągliwego

do odlewów żeliwnych, aluminium, stopów magnezu, metali i stopów . łożyskowych

do stali węglowych i stopowych w stanie zmiękczonym lub normalizowa- nym, wyżarzonych stopów miedzi oraz innych stopów metali nieżelaznych, do miękkich blach cienkich o twardości 60÷100 HRF

do żeliwa ciągliwego, stopów miedziowo-niklowych i stopów miedziowo- cynkowych; w celu uniknięcia spłaszczenia kulki należy ograniczyć do góry zakres pomiaru do 92 HRG

do aluminium, cynku i ołowiu

do metali i stopów łożyskowych oraz innych bardzo miękkich i cienkich materiałów metalowych

docsity.com

29

Odległość środków dwóch sąsiednich odcisków powinna odpowiadać co najmniej czterokrotnej średnicy odcisku, lecz nie powinna być mniejsza niż 2 mm. Odległość między środkiem odcisku a krawędzią próbki powinna odpowiadać co najmniej dwu i półkrotnej średnicy odcisku, lecz nie powinna być mniejsza niż 1 mm.

Czas obciążenia wgłębnika siłą główną F1 powinien wynosić: 1 —3 s - dla metali nie wykazujących postępującego odkształcenia plas-

tycznego pod obciążeniem F1 (wyraźne zatrzymanie wskazań urządzenia pomiarowego).

10 — 15 s - dla metali, które wykazują postępujące odkształcenie plastyczne pod obciążeniem F1.

Wartości twardości Rockwella odczytuje się bezpośrednio z odpowiednio wyskalowanej tarczy czujnika zegarowego po zdjęciu obciążenia głównego. W większości twardościomierzy na tarczy czujnika naniesione są dwie skale przesunięte względem siebie o 30 działek. Skali zewnętrznej (czarnej) używa się do prób, w których wgłębnikiem jest stożek diamentowy, a wewnętrznej (czerwonej) do prób, w których wgłębnikiem jest kulka stalowa.

2.3.4. Zasada zapisu twardości

Symbol jednostki twardości Rockwella HR uzupełnia się literą, określającą skalę, wg której wykonano pomiar: A, B, C, D, E, F, G, H, K oraz - na początku zapisu - liczbowym wynikiem pomiaru. Np.: 62 HRC - twardość Rockwella 62 zmierzona w skali C (przy za-

stosowaniu wgłębnika diamentowego w postaci stożka), 88 HRB - twardość Rockwella 88 zmierzona w skali B (przy zastoso-

waniu wgłębnika w postaci kulki stalowej).

2.3.5. Wady i zalety pomiaru twardości sposobem Rockwella

Wady: • niemożliwość bezpośredniego porównania poszczególnych skal, • duży wpływ niepoprawnego ustawienia przedmiotu oraz czystości

badanej powierzchni na wynik pomiaru, • mniejsza dokładność pomiarów niż w innych metodach.

Zalety: • szybkość wykonania pomiaru, • szeroki zakres pomiarowy - dla metali miękkich i twardych,

docsity.com

30

• możliwość automatyzacji pomiarów, • prostota wykonywania pomiarów.

2.4 Pomiar twardości metali sposobem Poldi

Najbardziej rozpowszechnionym dynamicznym sposobem pomiaru twar- dości metali jest sposób opracowany przez Hutę Poldi.

b)

Próbka wzorcowa

Badany przedmiot

Rys. 2.7. Pomiar twardości sposobem Poldi: a) młotek, b) schemat pomiaru; 1 - uchwyt, 2 - oprawka kulki, 3 - płytka wzorcowa, 4 - sworzeń, 5 - sprężyna

Młotek Poldi (rys. 2.7) składa się z obudowy, w której jest umieszczony ruchomy sworzeń, oparty jednym końcem o płytkę wzorcową. Z drugiej strony płytka wzorcowa oparta jest na stalowej kulce o średnicy 10 mm. Pomiar twardości polega na równoczesnym wykonaniu odcisków w badanym materia- le i płytce wzorcowej przez uderzenie młotkiem o masie 500 g w ruchomy sworzeń. Po zmierzeniu średnic odcisków, d - w badanej próbce i dw w próbce wzorcowej, szukana twardość może być obliczona w skali Brinella z zależności:

(2.6)

gdzie: HBW - twardość próbki wzorcowej.

Młotek Poldi ma zastosowanie wszędzie tam, gdzie nie można zastosować statycznych metod pomiaru twardości, np. w magazynach stali lub dla przedmiotu bardzo dużych.

a ) 4

5

1

3 2

90o

d290°

docsity.com

31

Twardość metali jest funkcją wielu czynników zewnętrznych, a w szczegól- ności zależy od kształtu i wymiarów zastosowanego wgłębnika. Stąd wyniki pomiarów twardości przeprowadzonych różnymi metodami mogą być porów- nywane między sobą tylko przy zastosowaniu tablic przeliczeniowych lub wykresów uzyskanych doświadczalnie. Takie porównanie ma zaledwie charak- ter orientacyjny i należy je stosować tylko w przypadkach, gdy nie można bezpośrednio zmierzyć twardości wymaganym sposobem. Tablice porównaw- cze twardości Brinella, Vickersa i Rockwella dla stali i staliwa są znor- malizowane i zamieszczone w PN-93/H-04357. Na rys. 2.8; 2.9; 2.10 przed- stawiono najważniejsze wykresy porównawcze skal twardości. Pola zakres- kowane ukazują rozrzut porównywanych wartości. Rys. 2.11 przedstawia zakres twardości podstawowych materiałów konstrukcyjnych wyrażony w róż- nych skalach.

Rys. 2.8. Porównanie skal twardości Vickersa i Brinella

2.5. Porównanie twardości metali wyznaczonej różnymi sposobami

Kulka nieodkształcalna

Kulka z węglików spiekanych

Kulka stalowa

Twardość , HB

docsity.com

Rys. 2.10. Porównanie skal twardości Brinella i Rockwella HRB i HRC

Twardość, HB Twardość, KB

Rys. 2.9. Porównanie skal twardości Vickersa i Rockwella HRC

Twardość, HRC

32

docsity.com

diament

stal azotowana

narzędzia skrawające

pilnik

stale zwykłe wyżarzone

mosiądze i stopy Al

tworzywa sztuczne

talk twardość Mohsa

Rys. 2.11. Zakres twardości podstawowych materiałów konstrukcyjnych

gips

kalcyt

fluoryt

apatyt

ortoklaz

kwarc

topaz

korund

33

docsity.com

34

2.6. Błędy pomiarów twardości i ich przyczyny

W celu uzyskania poprawnego wyniku pomiaru twardości niezbędny jest nie tylko wybór prawidłowego sposobu i warunków pomiaru. Wymaga się również odpowiedniego doboru miejsca pomiaru, przygotowania powierzchni pomiarowej, znajomości źródeł błędów pomiaru oraz zapewnienia dokładności wskazań twardościomierza. W warunkach przemysłowych sposób i warunki pomiaru określone są dokumentacją techniczną lub odpowiednimi przepisami odbiorczymi. W innych wypadkach należy zawsze dążyć do stosowania znormalizowanych statycznych metod pomiaru.

Przystępując do pomiarów należy sprawdzić dokładność wskazań twar- dościomierza. Najłatwiej to zrobić mierząc twardość płytek wzorcowych, które z reguły są na wyposażeniu twardościomierza. Płytki wzorcowe mają okreś- loną twardość mierzoną jedną metodą przy ustalonym obciążeniu i rodzaju wgłębnika. Jeżeli wynik pomiaru różni się od wartości podanej na płytce, to należy sprawdzić stan techniczny twardościomierza. Szczególną uwagę należy zwrócić na wgłębnik. Nawet niewielkie odchyłki kształtu i wymiarów mogą powodować znaczne błędy pomiaru. Wykorzystywanie do pomiarów uszko- dzonych wgłębników, np. ostrosłupów lub stożków diamentowych wykruszo- nych w wyniku złej obsługi lub kulek stalowych spłaszczonych podczas wgniatania ze zbyt dużą siłą, jest niedopuszczalne.

Znaczny wpływ na błędy pomiaru wywiera nieprostopadłość powierzchni badanej próbki w stosunku do osi wgłębnika i niezgodność tej osi z osią działania obciążenia. Wynikiem tego są zniekształcone odciski (rys. 2.12).

Rys. 2.12. Zniekształcenie odcisków w przypadku nieprostopadłości powierzchni do osi wgłębnika przy pomiarze twardości sposobem: a) Brinella, b, c) Vickersa

docsity.com

35

Rys. 2.13. Przykłady wadliwego i poprawnego ustawienia przedmiotów w czasie przeprowadzania

pomiarów twardości

Płaszczyzna Powierzchnia walcowa

Powierzchnia stożkowa

Powierzchnia

kulista

Powierzchnia wypukła

Docisk

Docisk

S p

o só

b u

st aw

ie n

ia i

ro dz

aj p

o w

ie rz

ch n

i b

ad an

eg o

p rz

ed m

io tu

U st

aw ie

n ie

n ie

p ro

st o

p ad

łe d

o o

b ci

ąż .

n ie

p ra

w id

ło w

e p

ra w

id ło

w e

U st

aw ie

ni e

p rz

ed m

io tu

n ie

st at

yc zn

eo o

n ie

p ra

w id

ło w

e p

ra w

id ło

w e

U st

aw ia

n ie

p rz

ed m

io tu

o d k sz

ta łć

, si

ę

p ra

w id

ło w

e n

ie p

ra w

id ło

w e

docsity.com

36

Brak sztywnego podparcia próbki może decydować o jej odkształceniu sprężystym lub plastycznym pod działaniem obciążenia i tym samym być przyczyną błędnych wyników pomiarów. Z tego powodu przedmioty poddane próbom twardości powinny być szczególnie starannie ułożone i sztywno podparte. W tym celu używa się pryzm, wymiennych stolików twardoś- ciomierzy i specjalnych podpórek. Przykłady wadliwego i poprawnego usta- wienia przedmiotów przedstawiono na rys. 2.13.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome