Twardość i udarność - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki z Materiały inżynieryjne

Pobierz Twardość i udarność - Notatki - Materiałoznastwo i więcej Notatki w PDF z Materiały inżynieryjne tylko na Docsity!

Opracowa≥: Marek RadwaÒski

∆wiczenie 15

BADANIA W£AåCIWOåCI MECHANICZNYCH

STOP”W METALI.

POMIAR TWARDOåCI I PR”BA UDARNOåCI

1. CEL ∆WICZENIA

Celem Êwiczenia jest zapoznanie siÍ z metodami pomiaru twardoúci i udarnoúci, korelacjami pomiÍdzy nimi oraz zasadami ich przeprowadzania.

2. WIADOMOåCI PODSTAWOWE

2.1. Badanie twardoúci

TwardoúÊ jest to odpornoúÊ materia≥u na odkszta≥cenia trwa≥e pod wp≥ywem si≥ skupionych, dzia≥ajπcych na ma≥π powierzchniÍ tego materia≥u. Istnieje szereg me- tod badania twardoúci, opartych na wspÛlnej zasadzie pomiaru wielkoúci odkszta≥- cenia pod wp≥ywem si≥y wywieranej przez wg≥Íbnik (penetrator). RÛøniπ siÍ one pomiÍdzy sobπ kszta≥tem wg≥Íbnika, wielkoúciπ i sposobem obciπøenia oraz metodπ pomiaru odkszta≥cenia. W trakcie Êwiczenia poznamy trzy sposoby pomiaru twar- doúci:

1. Rockwella,
2. Vickersa,
3. Brinella.

Istniejπ inne metody, jak metoda Meyera, Ludwika, GrodziÒskiego, Knoopa oraz Poldiego i Baumanna. Dwie ostatnie metody sπ dynamiczne, pozosta≥e statyczne. OprÛcz wymienionych, istniejπ metody badania twardoúci oparte na zupe≥nie innych zasadach, ktÛrych z praktyczne zastosowanie w technice jest znikome. Sπ to:

ñ metody ryskowe, w ktÛrych twardoúÊ okreúla siÍ jako opÛr przeciw zarysowaniu wg≥Íbnikiem badanej powierzchni metalu, ñ metody sprÍøystego odskoku, w ktÛrych twardoúÊ okreúla siÍ na podstawie wiel- koúci odbicia siÍ bijaka od badanej powierzchni. Przyrzπdy s≥uøπce do pomiaru twardoúci nazywamy twardoúciomierzami.

Pomiar twardoúci sposobem R o c k w e l l a

PrÛba ta opisana jest w PN-91/H-04355 Pomiar Twardoúci metali sposobem Rockwella. Skale A,B,C,D,E,F,G,H.K. Polega on na dwustopniowym wciskaniu wg≥Íbnika si≥π wstÍpnπ F 0 i si≥π g≥Ûwnπ F 1 w badanπ prÛbkÍ. PodstawÍ okreúlenia twardoúci Rockwella stanowi pomiar trwa≥ego przyrostu g≥Íbokoúci odcisku od obciπ- øenia F 0 do F 1. Wynik odczytuje siÍ w jednostkach twardoúci HRα (gdzie α ñ ozna- czenie skali, np. HRA, HRH itd.). W metodzie tej stosuje siÍ trzy rodzaje wg≥ÍbnikÛw: ñ stoøek diamentowy o kπcie wierzcho≥kowym 120∞, ñ kulkÍ stalowπ f 1,588 mm, ñ kulkÍ stalowπ f 3,175 mm, oraz trzy obciπøenia ca≥kowite bÍdπce sumπ si≥y wstÍpnej i si≥y g≥Ûwnej: 588,4 N; 980,7 N oraz 1471 N. Skojarzenie kaødego z trzech wg≥ÍbnikÛw z kaødym z trzech obciπøeÒ daje dzie- wiÍÊ skali (od A do K), stosowanych dla materia≥Ûw o rÛønej twardoúci, od najtward- szych ñ skala C, do najmiÍkszych ñ skala H. W przypadkach, w ktÛrych ze wzglÍdu na ma≥π gruboúÊ wyrobu nie jest moøliwe zastosowanie tych skali, a takøe tam, gdzie

a/ b/ c/ d/ e/

1 2 3

F 0 F (^0) F F 0 F 0 0

F 1 F 1 F 1 F 1 F 1

0 0 0 0 HR 0 25 25 25 25 25 75 50 75 75 75 75 50 50 50 50

e

powierzchnia przedmiotu linia odniesienia

K K_C

-e

h_=eC h h^2

h

HR

Rys. 15.1 Schemat pomiaru twardoúci metodπ Rockwella

Pomiar twardoúci sposobem B r i n e l l a

Pomiar twardoúci metali sposobem Brinella (PN-91/H-04350) polega na wciska- niu w okreúlonym czasie w badanπ prÛbkÍ pod dzia≥aniem si≥y obciπøajπcej, przy≥oøo- nej prostopadle do jej powierzchni, twardej kulki stalowej lub z wÍglikÛw spiekanych. TwardoúÊ okreúla siÍ na podstawie úrednicy odcisku kulki, zmierzonej po jej odciπøeniu. Do pomiarÛw stosowane sπ kulki o úrednicach 1; 2; 2,5; 5 i 10 mm. DobÛr kulki przeprowadza siÍ w zaleønoúci od gruboúci prÛbki, zalecana jest jednak kulka φ†10†mm lub moøliwie najwiÍksza. WielkoúÊ si≥y obciπøajπcej okreúla siÍ na podstawie wzoru:

F = 9,807 KD†^2 (1)

gdzie: D ñ úrednica kulki K ñ sta≥a obciπøenia, przyjmujπca wartoúÊ 1;†1,2;†2,5;†5;†10;†15;†30, dobierana w†zaleønoúci od†spodziewanej twardoúci tak, aby uzyskaÊ odcisk o†úred- nicy d: 0,24 D† ≤ d† ≤ 0,6 D Wytyczne, w postaci tabelarycznej, doboru sta≥ej obciπøenia K w zaleønoúci od ro- dzaju materia≥u badanej prÛbki i jego twardoúci okreúla norma. Tam teø znajduje siÍ tabela umoøliwiajπca odczyt twardoúci w†zaleønoúci od úrednicy odcisku kulki, úrednicy kulki (penetratora) oraz zastosowanej sta≥ej obciπøenia K. TwardoúÊ Brinella wyraøa siÍ liczbπ sk≥adajπcπ siÍ z trzech liczb znaczπcych i†wy- stÍpujπcego po niej oznaczenia twardoúci Brinella HB (lub HBS dla kulki stalowej, a†HBW dla kulki z wÍglikÛw spiekanych) uzupe≥nionego informacjπ o warunkach pomiaru, obejmujπcych úrednicÍ zastosowanej kulki [mm] ≥amanπ przez iloczyn si≥y [N] i†0,102 (np. 350 HBS 5/750). Przy pomiarach w warunkach standardowych (tj. za pomocπ kulki stalowej φ 10, przy obciπøeniu 29420 N w ciπgu 10÷15†s) pomija siÍ informacje o warunkach pomiaru, podajπc tylko np. 185 HB lub 185 HBS. Cechπ istotnie wyrÛøniajπcπ sposÛb Brinella od innych metod pomiaru twardoúci metali jest stosunkowo duøa powierzchnia odcisku. DziÍki temu nadaje siÍ on szcze- gÛlnie do badaÒ materia≥Ûw niejednorodnych, natomiast uniemoøliwia zastosowanie do przedmiotÛw bardzo ma≥ych i cienkich. P≥aska powierzchnia czo≥owa penetratora (kulki) ogranicza rÛwnieø zastosowanie tego sposobu do materia≥Ûw bardzo twar- dych. Wadπ, przynajmniej w stosunku do twardoúci Rockwella, wydaje siÍ koniecz- noúÊ z zastosowania tabel do okreúlenia HB.

Pomiar twardoúci sposobem P o l d i

Metoda ta jest dynamicznym sposobem okreúlania twardoúci poprzez porÛwnanie dwÛch odciskÛw wywo≥anych tπ samπ ñ dynamicznπ ñ si≥π: w materiale badanym i†materiale o znanej twardoúci. Przyrzπd do realizacji tej metody (m≥otek Poldi) przedstawiono na rys. 15.2. TwardoúÊ wyznaczonπ tπ metodπ podaje siÍ w skali Brinella na podstawie wzoru:

HB = k HB (^) wz (2)

gdzie: HB ñ twardoúÊ badanego materia≥u, HBwz ñ twardoúÊ p≥ytki wzorcowej (202 HB), k ñ wspÛ≥czynnik zaleøny od úrednic obu odciskÛw lub odczytany z tablic. Metoda ta, mimo rospowszechnienia, obciπøona jest sporym b≥Ídem i jest kosz- towna ze wzglÍdu na zuøywanie siÍ p≥ytek wzorcowych.

Rys. 15. M≥otek Poldi: 1 ñ uchwyt, 2 ñ oprawka kulki, 3†ñ†p≥ytka wzorcowa, 4 ñ sworzeÒ, 5 ñ sprÍøyna, 6 ñ kulka

uderzenie m≥otkiem

4

5

1

2

6

3

prÛbka

202 HB

2.1. Badanie udarnoúci

Okreúlenie w≥asnoúci wytrzyma≥oúciowych metali wy≥πcznie na podstawie prÛb statycznych jest niewystarczajπce ze wzglÍdu na istotny wp≥yw szybkoúci obciπøÍnia na zachowanie siÍ materia≥u. W stosunku do duøych szybkoúci odkszta≥cenia szyb- koúÊ ruchu dyslokacji jest zbyt ma≥a aby mog≥y by siÍ one przemieszczaÊ. Powoduje to, øe udzia≥ energii zuøytej na odkszta≥cenie plastyczne jest znikoma, co stwarza wa- runki do wystπpienia kruchego pÍkania. W tej sytuacji niezbÍdne jest przeprowadze- nie prÛb dynamicznych okreúlajπcych zachowanie siÍ materia≥u w tych warunkach. Z kilku prÛb tego typu najbardziej rozpowszechniona jest prÛba udarnoúci przepro- wadzana sposobem Charpyíego. Opisuje jπ polska norma PN-EN 10045-1, bÍdπca

4. PRZEBIEG ∆WICZENIA

1. DobraÊ dla danych prÛbek warunki pomiaru twardoúci metali sposobem Rockwel- la (penetrator, obciπøenie), przeprowadziÊ pomiar HR i sprawdziÊ prawid≥owoúÊ dobranych warunkÛw, ewentualnie skorygowaÊ je i powtÛrzyÊ pomiar.
2. DobraÊ dla danych prÛbek úrednicÍ kulki dla pomiaru twardoúci sposobem Brinel- la, obliczyÊ wartoúÊ si≥y obciπøπjπcej, przeprowadziÊ pomiar twardoúci, zmierzyÊ lupkπ úrednice odcisku i odczytaÊ z normy twardoúÊ HB.
3. PrzeprowadziÊ pomiar twardoúci danych prÛbek sposobem Vickersa, zmierzyÊ prze- kπtne i odczytaÊ z normy HV.
4. SprawdziÊ geometriÍ dostarczonych do badaÒ prÛbek udarnoúciowych.
5. WykonaÊ prÛbÍ udarnoúci badanych prÛbek sposobem Charpyíego.
6. OceniÊ prze≥om na mikroskopie stereoskopowym.

5. WYTYCZNE DO OPRACOWANIA SPRAWOZDANIA

Sprawozdanie winno zawieraÊ:

1. KrÛtkie przedstawienie zasad pomiaru twardoúci metali sposobami Rockwella, Brinella i Vickersa.
2. ProtokÛ≥ wg PN-91/H-04355 pomiaru twardoúci sposobem Rockwella.
3. ProtokÛ≥ wg PN-91/H-04350 pomiaru twardoúci sposobem Brinella.
4. ProtokÛ≥ wg PN-91/H-04360 pomiaru twardoúci sposobem Vickersa.
5. KrÛtkie przedstawienie zasady prÛby udarnoúci sposobem Charpyíego.
6. ProtokÛ≥ wg PN-EN 10045-1 prÛby udarnoúci sposobem Charpyíego.
7. Wnioski dotyczπce stosowanych metod badaÒ i ich porÛwnanie.

6. LITERATURA UZUPE£NIAJ•CA

1. Pomiar twardoúci metali sposobem Brinella. PN-91/H-04350.
2. Pomiar twardoúci metali sposobem Rockwella. Skale A, B, C, D, E, F, G, H, K. PN-91/H-04355.
3. Pomiar twardoúci metali sposobem Vickersa od HV0,2 do HV100. PN-91/04360.
4. PrÛba udarnoúci sposobem Charpyíego. PN-EN 10045-1.
5. KatarzyÒski S., KocaÒda S., Zakrzewski M.: Badania w≥asnoúci mechanicznych metali. WNT, Warszawa 1969.