Pomiar twardości ciał stałych

Podobne dokumenty
Do najbardziej rozpowszechnionych metod dynamicznych należą:

Ćwiczenie 5 POMIARY TWARDOŚCI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

Pomiar twardości. gdzie: HB - twardość wg Brinella, F - siła obciążająca, S cz - pole powierzchni czaszy.

METODY STATYCZNE Metody pomiaru twardości.

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Badanie twardości metali

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Pomiary twardości i mikrotwardości

ĆWICZENIE NR 9. Zakład Budownictwa Ogólnego. Stal - pomiar twardości metali metodą Brinella

Konspekt do ćwiczeń laboratoryjnych z Nauki o Materiałach. Temat ćwiczenia: Badania twardości metali

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Zakład Metaloznawstwa i Odlewnictwa

Ćwiczenie nr 1 Temat: Pomiary twardości i wyznaczenie odporności na pękanie materiałów kruchych

Ćwiczenie 18 BADANIA TWARDOŚCI MATERIAŁÓW *

Pomiary twardości metali

dział laboratoria

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

PŁASKI STAN NAPRĘŻENIA, PŁASKI STAN ODKSZTAŁCENIA

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów. Pomiary twardości metali

Pomiar twardości metali

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW B Badanie własności mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

Płytki do kalibracji twardości

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Należy skorzystać z tego schematu przy opisywaniu wymiarów rozwiertaka monolitycznego z węglika. Długość całkowita (L)

TEMAT: Próba statyczna rozciągania metali. Obowiązująca norma: PN-EN :2002(U) Zalecana norma: PN-91/H lub PN-EN AC1

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH

SPRAWOZDANIE: LABORATORIUM Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW B Badanie własności mechanicznych materiałów konstrukcyjnych

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Właściwości mechaniczne

Rodzaje obciążeń, odkształceń i naprężeń

BADANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH 1. Próba rozciągania metali w temperaturze otoczenia (zg. z PN-EN :2002)

1. BADANIE SPIEKÓW 1.1. Oznaczanie gęstości i porowatości spieków

Nauka o materiałach III

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

PROCEDURY POMIARÓW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH, MATERIAŁOWYCH KOMBAJNOWYCH NOŻY STYCZNO-OBROTOWYCH

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 11: Moduł Younga

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Temat 2 (2 godziny) : Próba statyczna ściskania metali

ĆWICZENIE Nr 2.2. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Opracowali: dr inż. Sławomir Szewczyk mgr inż. Aleksander Łepecki

Temat 3 (2 godziny) : Wyznaczanie umownej granicy sprężystości R 0,05, umownej granicy plastyczności R 0,2 oraz modułu sprężystości podłużnej E

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

PROCEDURY POMIARÓW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH, MATERIAŁOWYCH I SZYBKOŚCI ZUśYCIA KOMBAJNOWYCH NOśY STYCZNO-OBROTOWYCH

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 1631

Ć w i c z e n i e K 4

Wskaźnik szybkości płynięcia termoplastów

Naprężenia i odkształcenia spawalnicze

Nazwa przedmiotu INSTRUMENTARIUM BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Instrumentation of research in material engineering

Materiały dydaktyczne. Semestr IV. Laboratorium

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

Wykaz usług nieobjętych zakresem akredytacji realizowanych przez laboratoria Zakładu M1

Właściwości mechaniczne materiałów

PORÓWNAWCZA MIARA DYNAMICZNEJ TWARDOŚ CI METALI

SAUTER HB(&TI) Wersja /2014 PL

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Metody badań kamienia naturalnego: Oznaczanie wytrzymałości na zginanie pod działaniem siły skupionej

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Wzorce (bloczki referencyjne).

PEŁZANIE WYBRANYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

2.2 Wyznaczanie modułu Younga na podstawie ścisłej próby rozciągania

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Badanie zjawiska kontaktu LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

BUDOWA DRÓG - LABORATORIA

Politechnika Białostocka

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 5

Techniki wytwarzania 1 TW1-L15 Kierunek : Inżynieria Materiałowa Przedmiot obowiązkowy (IM.SIK515 B)

OBLICZANIE NADDATKÓW NA OBRÓBKĘ SKRAWANIEM na podstawie; J.Tymowski Technologia budowy maszyn. mgr inż. Marta Bogdan-Chudy

Laboratorium wytrzymałości materiałów

MODELOWANIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ O ZMIENNEJ TWARDOŚCI

Mechanika i wytrzymałość materiałów instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Instrukcja do laboratorium Materiały budowlane Ćwiczenie 12 IIBZ ĆWICZENIE 12 METALE POMIAR TWARDOŚCI METALI SPOSOBEM BRINELLA

SPRAWOZDANIE ĆWICZENIE SP-1. LABORATORIUM SPAJALNICTWA Temat ćwiczenia: Spawanie gazowe (acetylenowo-tlenowe) i cięcie tlenowe. I.

wiczenie 15 ZGINANIE UKO Wprowadzenie Zginanie płaskie Zginanie uko nie Cel wiczenia Okre lenia podstawowe

POMIARY POŚREDNIE. Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych P o l i t e c h n i k a P o z n ańska

DOBÓR KSZTAŁTEK DO SYSTEMÓW RUROWYCH.SZTYWNOŚCI OBWODOWE

Wytrzymałość Materiałów

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

Politechnika Poznańska

Wyboczenie ściskanego pręta

POMIARY POŚREDNIE POZNAŃ III.2017

WYTRZYMAŁOŚĆ RÓWNOWAŻNA FIBROBETONU NA ZGINANIE

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów

Laboratorium metrologii

Badanie i obliczanie kąta skręcenia wału maszynowego

NORMA ZAKŁADOWA. 2.2 Grubość szkła szlifowanego oraz jego wymiary

Badanie i obliczanie kąta skręcenia wału maszynowego

Test powtórzeniowy nr 1

POLITECHNIKA OPOLSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji POMIARY KĄTÓW I STOŻKÓW

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

Instrukcja. Laboratorium

Transkrypt:

Pomiar twardości ciał stałych Twardość jest istotną cechą materiału z konstrukcyjnego i technologicznego punktu widzenia. Twardość, to właściwość ciał stałych polegająca na stawianiu oporu odkształceniom plastycznym przy lokalnym nacisku na ich powierzchni, wywieranego przez inne, twardsze ciało. Twardość jest cechą umowną i umożliwia porównywanie odporności na uszkodzenia powierzchni różnych materiałów. Cenną właściwością parametru twardości jest doświadczalnie stwierdzone powiązanie twardości z innymi właściwościami materiałów; przykładem może być związek z modułem sprężystości wzdłużnej (moduł Younga E). Biorąc jeszcze pod uwagę fakt, że próby twardości jedynie w minimalnym stopniu uszkadzają badany materiał, nie będzie zaskoczeniem, że często ta metoda zastępuje próby znacznie trudniejsze do zrealizowania. W laboratoriach stosowanych jest kilka metod badania twardości. Do najczęściej wykorzystywanych należą metody: Rockwella, Brinella i Vickersa. Pomiar twardości metodą Rockwella Próba polega na dwustopniowym wciskaniu w badany materiał stożka diamentowego o kacie wierzchołkowym 120 0 lub hartowanej kulki stalowej o średnicy Φ1/16 (1,5875mm). Dwustopniowość wciskania polega na zastosowaniu dwu wartości obciążenia: wstępnego F o i głównego F (rys.1). Przy obciążeniu F o wgłębnik zagłębia się na głębokość wstępną h o w materiał. Następnie zadawane jest obciążenie główne F (w sumie działa więc obciążenie całkowite F 0 + F). Wgłębnik zagłębia się w materiał na głębokość h. Ponieważ w tym położeniu w materiale występują odkształcenia zarówno sprężyste jak i plastyczne, wobec tego zdejmuje się obciążenie F, a wgłębnik obciążony tylko obciążeniem F o unosi się nieco pod wpływem energii odkształcenia sprężystego materiału. Powstały odcisk jest więc już wynikiem wyłącznie odkształceń plastycznych. Jako głębokość pomiarową do wyznaczania twardości Rockwell'a przyjmuje się wartość e [mm], będącą odległością powstałą po przyłożeniu obciążenia głównego. Twardość odczytuje się bezpośrednio na wyskalowanym czujniku i jest wyrażona w jednostkach twardości HR. Obciążenie wstępne Obciążenie główne Odciążenie F 0 F+F0 F 0 Stożek 120 0 h o h e Rys. 1. Idea pomiaru twardości metodą Rockwella

W zależności od geometrii zastosowanego wgłębnika twardość w metodzie Rockwella oznacza się za pomocą następujących symboli: HRC przy pomiarze stożkiem, HRB przy pomiarze kulką. Pomiar twardości metoda Rockwella za pomocą stożka stosuje się do twardych metali, stopów, a zwłaszcza stali ulepszonych cieplnie. Sprawdza się w ten sposób twardość implantów metalicznych, np. trzpieni endoprotez, gwoździ śródszpikowych, czy też płytek do osteosyntezy. Twardość Rockwella wyznacza się na podstawie następujących wzorów: dla stożka dla kulki =100, =130, Do zalet metody Rockwella można zaliczyć: 1. Możliwość pomiaru twardości materiałów twardych i miękkich, 2. Duża szybkość pomiaru, predysponująca metodę do pomiarów masowych. Wady: 1. Błędy powstające podczas pomiaru głębokości odcisku. 2. Duża ilość skal umownych (skale C, A, N - pomiar za pomocą stożka diamentowego, skale B, F, T pomiar za pomocą kulki) z czego wynika konieczność porównywania ich przy pomocy tablic. 3. Nierównomierność skal. Pomiar twardości metodą Brinella. Metoda Brinella polega na wciskaniu wgłębnika w postaci hartowanej kulki stalowej o średnicy φd w powierzchnię badanego materiału, pod obciążeniem siłą F, w czasie T (rys.2). Znormalizowane średnice kulek stosowanych w metodzie Brinella wynoszą: 1; 2; 2,5; 5 i 10 mm. Średnica odcisku kuli φd, jako średnia z kilku pomiarów w kierunkach wzajemnie prostopadłych wyrażona w [mm], służy do obliczenia pola powierzchni czaszy odciśniętej w badanym materiale. Twardość w metodzie Brinella obliczana jest ze wzoru: =0,102. W przypadku pomiaru twardości metodą Brinella istotne jest dokładne unieruchomienie badanego przedmiotu oraz prostopadłe ustawienie badanej powierzchni w stosunku do linii działania siły dociskającej wgłębnik. Najmniejszy dopuszczalny promień krzywizny badanej powierzchni jest równy trzykrotnej średnicy kulki wgłębnika. Niedotrzymanie warunku prostopadłości powierzchni do kierunku działania siły skutkuje owalizacją odcisku (odcisk eliptyczny), co w efekcie przy obliczaniu twardości na podstawie średniej z dwóch skrajnych wymiarów powoduje błędy pomiarowe. Ponieważ podczas pomiaru twardości metodą Brinella na badany materiał działają siły generujące znaczne odkształcenia wokół odcisku, dlatego też konieczne jest zachowanie odpowiednich odległości między kolejnymi odciskami, tak aby każdy nowy pomiar odbywał się poza strefą odkształceń plastycznych poprzednich odcisków. Aby zachować takie warunki odległość między środkami dwóch sąsiednich odcisków nie powinna być mniejsza niż czterokrotna wartość średnicy

odcisku (4 d), a odległość między środkiem odcisku i krawędzią badanego przedmiotu powinna być >2,5 d. Metoda Brinella umożliwia pomiar twardości zarówno materiałów metalicznych, niektórych tworzyw sztucznych ( z grupy plastomerów ), można ją również stosować do pomiaru twardości tkanki kostnej zbitej. F φd φd Rys. 2. Schemat pomiaru twardości metodą Brinella Zalety metody Brinella: 1. Możliwość pomiaru twardości materiałów niejednorodnych. 2. Jedna skala twardości. Wady: 1. Kłopotliwość pomiaru średnicy odcisku. 2. Nie nadaje się do pomiarów twardości warstw utwardzonych i bardzo małych przedmiotów. 3. Nie nadaje się do pomiarów twardych. Pomiar twardości metodą Vickersa Pomiar twardości ta metodą polega na wciskaniu wgłębnika o kształcie ostrosłupa prawidłowego o kącie wierzchołkowym α=136 0 (rys. 3). Twardość w metodzie Vickersa oznaczamy symbolem HV i określamy analogicznie jak w metodzie Brinella, obliczając iloraz siły F wciskającej wgłębnik w badany materiał i pola powierzchni bocznej odcisku A, co możemy wyrazić wzorem: =, gdzie: = 2 2 /2,

d-wielkość przekątnej odcisku (rys.3). W praktyce należy skorzystać z zależności: =0,1891. F 136 0 d Rys. 3. Schemat pomiaru twardości metodą Vickersa Zalety metody Vickersa: 1. Jednoznaczność oznaczeń (w przybliżeniu) z metoda Brinella do twardości 300 dn/mm 2. 2. Stosuję się jedna skalę porównywalna w całym mierzonym zakresie makrotwardości bez względu na wielkość obciążenia. 3. Nadaje się do pomiarów twardości bardzo małych przedmiotów, jak również cienkich warstw utwardzonych. 4. Nadaje się do pomiaru twardości materiałów miękkich i twardych. 5. Nadanie się do zastosowania w zakresie makro i mikrotwardości. 6. Duża dokładność pomiarów. Do wad metody Vickersa zalicza się: 1. Konieczność starannego oczyszczenia badanej powierzchni. 2. Nie nadaje się do pomiarów twardości materiałów o strukturze gruboziarnistej i niejednorodnej. Niezależnie od zastosowanej metody pomiaru twardości należy zwrócić uwagę na czas działania obciążenia wgłębnika. Mierzone w próbach twardości odkształcenia plastyczne nie zachodzą natychmiast, lecz wzrastają stopniowo w czasie. Oznacza to, że im dłuższy czas obciążenia, tym większy odcisk, a mniejsza wartość twardości. Wynika stąd wniosek, że dla zapewnienia

powtarzalności warunków pomiaru należy ustalić czas trwania testu. Ponieważ wynik pomiaru zależy od czasu zwiększania obciążenia do jego maksymalnej wartości, a także czasu trwania pełnego obciążenia, odpowiednie normy wymagają, przykładowo w metodzie Brinella, aby kulkę obciążać równomiernie do żądanej siły w ciągu 2 do 8 s, a czas utrzymywania osiągniętej siły w zależności od twardości materiału powinien wynosić: dla twardości HB=1-2s, do 10 HB 180 s, od 10 do 35 HB 120 s, od 35 do 100 HB 30 s i powyżej 100 HB 10 do 15 s. Należy jeszcze raz wyraźnie podkreślić, że wartości twardości wyznaczone poszczególnymi metodami nie są porównywalne. Dlatego też opisując wyniki pomiarów własnych należy zaznaczyć jaką metodę zastosowano i z drugiej strony, analizując dane pomiarowe pochodzące z innych źródeł należy najpierw upewnić się jaką techniką badawczą zostały one wyznaczone.