Badanie twardości metali.doc

6

Laboratorium Wytrzymałości materiałów

Temat:                                         

Badanie twardości metali

1. Cel ćwiczenia.

              Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami pomiarów twardości, typami  twardościomierzy  i  ich  obsługą  oraz  opanowanie techniki pomiarowej.

2. Teoria.

              Twardość jest jedną z cech materiału, równie ważną z konstrukcyjnego i technologicznego punktu widzenia, jak wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie, przewężenie, udarność itp. Twardość ciała określamy jako miara oporu, jaki stawia ono w czasie wciskania weń wgłębnika. Najbardziej rozpowszechnione metody  statyczne pomiaru twardości to metody:

R o c k w e l l a, B r i n e l l a,   V i c k e r s a.

I. Pomiar twardości metodą Rockwella.

              Próba  ta  polega na dwustopniowym wciskaniu w badany materiał  stożka diamentowego lub kulki stalowej o określonych kształtach  i  warunkach pomiaru. Podstawą określenia twardości Rockwella stanowi pomiar trwałego przyrostu głębokości odcisku, który jest wyrażony w jednostkach twardości HR. Twardość odczytuje się bezpośrednio na wyskalowanym czujniku. Zaletą tej metody jest dwustopniowe obciążenie podczas pomiaru, które daje nam zmniejszenie błedu spowodowanego niejednorodnością powierzchni.

                            BUDOWA TWARDOŚCIOMIERZA ROCKWELLA

1-korpus

2-obciążniki

3-łącznik

4-amortyzator

5-dźwignia włączania obciążenia

6-miernik twardości

7-sprężyna obciążenia ciągłego

8-wgłębnik

9-próbka

10-stolik

11-śruba

12-pokrętło

13-dźwignia blokująca obciążenie główne

Próbę  twardości  Rockwella  przy użyciu stożka diamentowego o  kącie  wierzchołkowym  120o  i  promieniu zaokrąglenia 0.2[mm] stosuje się dla stali węglowych i stopowych w stanie zahartowanym  i  ulepszonym  cieplnie  oraz innych materiałów o  twardości 20 : 60 HRC

Kulki o średnicy 1/16" używa się dla twardości 35 : 200 HRB.

Wykonanie pomiaru:

1.Sprawdzić  czy dźwignia obciążenia głównego jest zablokowana.

2.Położyć próbkę na stoliku (10) obracając pokrętłem (12) podnieść próbkę do momentu zetknięcia z wgłębnikiem.

3.Obracając pokrętłem (12), docisnąć  wgłębnik  tak by mała wskazówka wskazywała czerwony punkt na tarczy czujnika.

4.Przez  pokręcenie  tarczy czujnika ustawić "0" na odpowiedniej skali.

5.Włączyć obciążenie główne dźwignią (5).

6.Odczekać aż wartość czujnika ustali się.

7.Przesunąć  dźwignię  (5)  w  położenie  początkowe  i odczytać  twardość na skali.

II. Pomiar twardości metodą Brinella.

              Polega on na wciskaniu wgłębnika pod obciążeniem F, w postaci  hartowanej kulki stalowej o średnicy D, w powierzchnię badanego  materiału, w czasie T. Średnica odcisku kuli D, jako średnia  z  kilku  pomiarów w kierunkach wzajemnie prostopadłych, służy  do  obliczenia  pola powierzchni czaszy. Twardość wg. Brinella jest  to  stosunek siły obciążającej do pola powierzchni czaszy  odcisku.

                            BUDOWA TWARDOŚCIOMIERZA BRINELLA

Opis przyrządu:

1-próbka

2-stolik

3-wgłębnik

4-zawór cylindra

5-pompka

6-zbiornik oleju

7-cylinder

8-tłok

9-siłomierz

10-tłoczek

11-ciężarki

12-jarzmo

13-trzpień

14-śruba podnośna

15-przesów śruby

              Wykonanie pomiaru:

1.Polożyć badaną próbkę na stoliku (10).

2.Przez  pokręcenie koła (13)  podnieść  stolik, tak by lekko docisnąć badaną próbkę do kulki (1).

3.Zamknąć zaworek spustowy (9).

4.Pompować olej dźwignią (11) do przestrzeni roboczej (14) aż do uzyskania wymaganej siły.

5.Odczekać wymagany czas.

6.Odkręcić zawór spustowy (9), opuścić stolik zdjąć próbkę.

7.Wykonać pomiar  średnicy  wgniecenia  przy  pomocy  lupy  z  podziałką.

8.Obliczyć ze wzoru lub odczytać twardość z tablic.

III. Pomiar twardości metodą Vickersa.

              Pomiar twardości tą metodą polega na wciskaniu wgłębnika w kształcie ostrosłupa prawidłowego o kącie wierzchołkowym 136o. Twardość w metodzie Vickersa określamy analogicznie  jak w  metodzie Brinella, obliczając  stosunek  siły  wciskającej  wgłębnik  w badany materiał do pola powierzchni bocznej odcisku.

                            BUDOWA TWARDOŚCIOMIERZA VICKERSA

Opis przyrządu:

1-stolik

2-próbka

3-wgłębnik

4-tuleja oporowa

5-tuleja

6-trzpień

7-pokrętło

8-dźwignia

9-pierścienie regulujące

10-zębatka

11-mikrometr

12-okular

13-śruba

14-mikroskop

15-pokrętło lunety

16-tulejka lunety

17-pokrętło blokujące

18-głowica aparatu

19-głowica mikroskopu

Wykonanie pomiaru:

1.Położyć  próbkę na stoliku  (18)  włączyć  oświetlenie, tak   ustawić stolik aby uzyskać wyrażny obraz próbki.

2.Przesunąć dźwignię zwalniacza (10). Wgłębnik ustawić na lini działania siły obciążającej i włączyć obciążenie, zostaje wykonany odcisk.

3.Po dojściu dźwigni wyłącznika (15) do położenia końcowego przestawić ją z powrotem w położenie początkowe.

4.Ustawić obiektyw nad odciskiem, ustawić ostrość.

5.Zmierzyć przekątne miarką przymocowana do matówki.

6.Odczytać wartość twardości z tablic, lub obliczyć ze wzorów.

WYNIKI POMIARÓW

- metoda Rocwella wg PN-91/H-04355

Tą  metodą  badamy twardość płytki ze stali niskowęglowej (skala B ) oraz twardość frezu ze stali szybkotnącej SW 18 (skala C )

Przy  badaniu  twardości  płytki wgłębnikiem jest kulka stalowa  1/16"  obciążona  wstępnie  98  [N]  obciążenie  główne 883 [N]  obciążenie całkowite 981 [N] (P = 100kG ).

Przy badaniu twardości frezu wgłębnikiem jest stożek diamentowy  obciążenie   wstępne  98  [N]  obciążenie  główne  1373  [N],  obciążenie całkowite 1471 [N] (P = 150kG ).

- Metoda Vickersa  wg PN-91/H-04360

Metodą Vickersa zbadaliśmy twardość noża do głowicy frezu ze stali SW9

Płytka wzorcowa przy obciążeniu 294 HV 855 +-15

Otrzymaliśmy wynik:

...