Badanie twardości metali

Transkrypt

1 Badanie twardości metali Metoda Rockwella (HR) Metoda Brinnella (HB) Metoda Vickersa (HV) Metoda Shore a Metoda Charpy'ego

2 Twardość to odporność materiału na odkształcenia trwałe, występujące pod wpływem sił skupionych działających na małą powierzchnię (zazwyczaj wciskanie odpowiednio ukształtowanego, twardego wgłębnika w materiał o mniejszej twardości)

3 Metoda Rockwella (HR) Twardość w skali Rockwella oznacza się HR. Stosowanych jest kilka odmiennych skal : skale C i A stosuje się dla stali hartowanych skale B i F stosuje się dla stali niehartowanych i metali nieżelaznych skale N i T stosuje się w przypadkach, gdy badana próbka ma niewielkie rozmiary lub jest bardzo cienka Metoda Rockwella polega na pomiarze głębokości wcisku dokonanego wzorcowym stożkiem diamentowym o kącie wierzchołkowym 120, dla skali C, A i N lub stalowej, hartowanej kulki o średnicy 1,5875 mm w metodach B, F i T przy użyciu odpowiedniego nacisku. Metoda została wynaleziona przez mieszkańców Connecticut Hughona M. Rockwella ( ) i Stanleya P. Rockwella ( ) i opatentowana w 1914 r

4 Metoda Rockwella (HR) Metoda ta jest szybka i łatwa w użyciu, gdyż przyrząd jest wyposażony w czujnik wyskalowany bezpośrednio w jednostkach twardości. Próba Rockwella pozostawia na badanym przedmiocie tylko słabo widoczną skazę, dlatego może być używana do kontroli gotowych wyrobów

5 Metoda Brinnella (HB) W metodzie pomiaru twardości Brinella, w próbkę metalu wciska się kulkę ze stali hartowanej lub z węglików spiekanych (węglik wolframu). Średnica kulki 1, 2.5, 5 i 10 mm. Twardość oblicza na podstawie średnic kulki i odcisku: gdzie: F = siła obciążająca (N) D = średnica kulki (mm) d = średnica odcisku (mm)

6 Metoda Brinnella (HB) Metoda Brinella należy do prób niszczących z uwagi na duży rozmiar odcisku. Najczęściej stosowana jest przy odbiorze materiałów hutniczych. Metoda opracowana przez szwedzkiego inżyniera Johana Augusta Brinella ( ) w 1900 r

7 Metoda Vickersa (HV) Pomiar twardości metodą Vickersa polega na wgnieceniu w powierzchnię badanego materiału czworobocznego foremnego ostrosłupa diamentowego o kącie wierzchołkowym 136 pod zadanym statycznym obciążeniem F i zmierzeniu przekątnych d powstałego odcisku w kształcie kwadratu. Twardość oblicza gdzie: F - działająca siła wyrażona w niutonach A pole powierzchni bocznej odcisku d w mm

8 Metoda Shore a Pomiar polega na opuszczeniu specjalnego bijaka (najczęściej o masie 20 g) z określonej wysokości (zwykle 112 mm). Podczas uderzenia część energii opadania zmienia się w odkształcenie sprężystości bijaka i materiału, co wywołuje jego odskok. Wysokość odskoku jest mierzona skalą podzieloną na 130 działek. Twardość 100 jednostek ma stal hartowana niskostopowa. Zaletą pomiaru tą metodą jest niewielkie uszkodzenie powierzchni elementu i szybkość pomiaru. Stosowana do mierzenia twardości gumy plastiku

9 Metoda Poldi dynamiczna metoda pomiaru twardości metali, odmiana metody Brinella. Polega na porównaniu odcisków metalowej kulki na materiale badanym i wzorcowym w wyniku uderzenia w przyrząd młotkiem. Metoda ta pozwala na oszacowanie czy badany materiał jest twardszy od materiału wzorcowego oraz po dokonaniu specjalnych obliczeń na określenie przybliżonej twardości materiału. Metoda została opracowana w hucie Poldi w Czechach. Metoda Poldi ze względu na szybkie zużywanie się płytki wzorcowej (najdroższego elementu) oraz małej dokładności pomiaru nie znajduje zastosowania w typowych pomiarach twardości. Jednak ze względu na małe wymiary przyrządu i krótki czas trwania pomiaru metodę tę stosuje się przy pomiarach twardości: elementów o dużych rozmiarach (np. śrub napędowych statków), elementów, które ze względów ekonomicznych, technologicznych lub innych nie mogą być zdemontowane do wykonania pomiaru, elementów o podwyższonej temperaturze pracy. Wady Mała dokładność pomiarów Duże koszty związane ze zużywaniem się płytki wzorcowej Zalety Wynik porównawczy uzyskuje się zaraz po pomiarze bez żadnych obliczeń Brak konieczności demontażu dużych elementów Możliwość pomiaru twardości materiałów o podwyższonej temperaturze

10 Metoda Charpy'ego Udarność - odporność materiału na obciążenie dynamiczne. Udarność określa się jako stosunek pracy potrzebnej do złamania znormalizowanej próbki z karbem do pola powierzchni przekroju poprzecznego tej próbki w miejscu karbu: U - udarność L - praca potrzebna do złamania znormalizowanej próbki z karbem A - pole powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu

11 Metoda Charpy'ego Udarność materiałów kruchych jest mała, a ciągliwych duża. Miarą udarności zgodnie z PN jest stosunek energii zużytej na złamanie próbki za pomocą jednorazowego uderzenia do pola przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu: KC - udarność [J/cm2] K - praca uderzenia [J] S - pole powierzchni początkowej przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu [cm2]

12 Metoda Charpy'ego Do wykonywania tych badań wykorzystuje się urządzenia umożliwiające przyłożenie dużej siły w krótkim czasie, zwane najczęściej młotami udarowymi. Najczęściej spotykanym urządzeniem jest młot Charpy'ego. Młot Charpy'ego urządzenie, za pomocą którego dokonuje się pomiaru udarności poszczególnych materiałów w postaci specjalnie przygotowanych próbek

13 Metoda Charpy'ego

14 Niuton Niuton jednostka siły w układzie SI, oznaczana N. 1 N to siła, z jaką trzeba działać na ciało o masie 1 kg, aby nadać mu przyspieszenie równe 1 m/s². Nazwa niuton upamiętnia wybitnego angielskiego uczonego Isaaca Newtona

15 Paskal jednostka ciśnienia (także naprężenia) w układzie SI (Jednostka pochodna układu SI), oznaczana Pa. [1 Pa = 1 kg m -1 s -2 = 1 N/m2] Nazwa paskal pochodzi od nazwiska francuskiego fizyka Blaise'a Pascala. Często spotykany skrót kpa oznacza kilopaskal (103 Pa), MPa oznacza megapaskal (106 Pa), natomiast hpa hektopaskal (100 Pa). Hektopaskal jest zazwyczaj stosowany przy podawaniu ciśnienia atmosferycznego, ponieważ jest dokładnie równy stosowanej powszechnie przed latami sześćdziesiątymi XX w. w meteorologii w układzie CGS i MKSA jednostce milibar: 1 hpa = 100 Pa = 1 mbar = 10,19 mmh2o Ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi przeciętnie 1013,25 hpa. Najniższe ciśnienie zmierzone kiedykolwiek na poziomie morza wynosiło 870 hpa, a najwyższe na powierzchni Ziemi 1083,8 hpa. Przeliczniki: 1 Pa = 1, at = 1, kg/cm2 = 10-5 bar = 0, atm = 0, mmhg = 0, mmh2o = 10 b