Upload
others
View
14
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
LOGO
ODREĐIVANJE TVRDOĆE MATERIJALA
Pojam tvrdoća materijala
Pod pojmom tvrdoća materijala podrazumeva
se otpor koji materijal pruža prodiranju nekog
tvrđeg tela u njegovu površinu.
Tvrdoća materijala predstavlja mehaničko
svojstvo materijala.
Tvrdoća nije osnovno svojstvo materijala, ali je u
vezi sa elastičnim i plastičnim svojstvima.
Metode za određivanje tvrdoće materijala
Statičke:
Brinel (Brinell) metoda HBS, HBW
https://www.youtube.com/watch?v=RJXJpeH78iU
Vikers (Vickers) metoda, HV
https://www.youtube.com/watch?v=7Z90OZ7C2jI
Rokvel (RockweIl) metoda, HRC
https://www.youtube.com/watch?v=G2JGNlIvNC4
Knup (Knoop) metoda, HK
https://www.youtube.com/watch?v=5HcsPgkusZ0
Metode za određivanje tvrdoće materijala
Dinamičke:
Poldi (Poldy) metoda, HPhttps://www.youtube.com/watch?v=u9wZVyHgzYo
Skleroskopska metoda (Shore), HShhttps://www.youtube.com/watch?v=_QwFPfUq3I8
Duroskopska metoda, HD
Specijalne.
Usvojena oznaka za tvrdoću je H.
Metode za određivanje tvrdoće materijala
Kod statičkih metoda sila ispitivanja koja deluje na
utiskivač postepeno raste do maksimalne vrednosti.
Tvrdoća se izražava odnosom sile po jedinici površine
otiska, ili merenjem dubine otiska koji napravi utiskivač
u materijalu izražen u odgovarajućim jedinicama za
tvrdoću.
Kod dinamičkih metoda sila na utiskivaču se
ostvaruje udarom, ili se pak tvrdoća određuje na
osnovu elastičnog odskoka utiskivača od površine koja
se ispituje. Tvrdoća se izražava odnosom sile po
jedinici površine otiska kod nekih metoda, ili je
neimenovan broj izražen u jedinicama nazvanim po
pronalazaču odgovarajuće metode za merenje tvrdoće.
Brinel metoda
Tvrdoća, po metodi Brinell, HB, definiše se kao
odnos sile utiskivanja i površine otiska, koji napravi
kuglica prečnika D, u površini ispitivanog materijala.
Tvrdoća po Brinelu je:
A - površina otiska kalote (mm2)
F - sila utiskivanja (N)
Brinel metoda
Konačan izraz za izračunavanje veličine tvrdoće po
Brinelu je:
F – sila utiskivanja (N),
D - prečnik kuglice - utiskivača (mm),
d - prečnik otiska (mm),
h – dubina kalote (otiska) (mm).
Brinel metoda
Utiskivač
Kuglica od kaljenog čelika – za
tvrdoće manje od 450 HB (HBS)
Kuglica od tvrdog metala – za
tvrdoće od 450 od 650 HB
(HBW)
Otisak u materijalu (kalota)
Brinel metoda
Vrste materijala Veličina sile
Sivi liv i čelik 30 D2
Sivi liv i tvde legure bakra 10 D2
Meke legure CU, Al i legure za ležišta 5 D2
Beli metali i meke legure 2.5 D2
Olovo i meke legure D2
Odnos sile u odnosu na vrstu materijala
Brinel metoda
Označavanje izmerene tvrdoće po Brinelu
Brinel metoda
1 - vreme porasta opterećenja do maksimalne vrednosti (2s –
8s),
2 - vreme trajanja dejstva punog opterećenja. Ovo vreme se
unosi u oznaku pri obeležavanju tvrdoće i zavisi od vrste
materijala
3 - vreme rasterećenja.
Vreme utiskivanja
Brinel metoda
Uslovi ispitivanjaUzorak mora biti stabilan i čist. Površina mora biti čista,
odmašćena i mašinski obrađena.
Debljina uzorka mora biti najmanje 8 – 10 puta veća od dubine
otiska.
Na poleđini uzorka nasuprot otiska posle merenja se ne smeju
videti nikakvi tragovi deformacije.
Odstojanje od sredine otiska do ivice uzorka, kao i odstojanje
izmedju dva susedna centra otiska zavisi od vrste ispitivanog
materijala.
Otisak, koji ostavlja utiskivač, mora da bude takav da obezbedi
što tačnija merenja, odnosno mora da se ispuni uslov d = (0.24 -
0.6)- D.
Ugao izmedju ose utiskivača i površine uzorka mora biti 90°, što
se ostvaruje obradom površine i izborom postolja.
Brinel metoda
Aparat za ispitivanje tvrdoće
Brinel metoda
Postupak ispitivanja
Bira se utiskivač u zavisnosti od debljine materijala,
Utiskivač se postavi u nosač aparata,
Osvetli se površina uzorka,
Pripremljeni uzorak se postavi na postolje i pritegne uz
nosač utiskivača,
Aktivira se aparat i počinje utiskivanje utiskivača,
Posle određenog vremena utiskivanja (2) izvrši se
rasterećivanje,
Vrši se merenje prečnika otiska.
Brinel metoda
Merenje prečnika otiska
Tehnika merenja zavisna je od tačnosti merenja, ali
tačnost ne sme biti manja od 0.25% prečnika utiskivača
D.
Za merenje otiska mogu se koristiti različita merna
sredstva:
pomoću lenjira (tačnost 1/100 i 1/50 mm),
pomoću lupe sa mikroskopom (tačnost 1/100 mm),
pomoću projekcionog ekrana i odgovarajućeg
optičkog sistema i mehanizma (tačnost merenja 1/1000
mm).
Vikers metoda
Tvrdoća, po Vikers metodi, se definiše kao
količnik sile, kojom se deluje na dijamantski utiskivač u
obliku pravilne četvorostrane piramide sa uglom pri
vrhu od 136°, i površine otiska utiskivača u površini
ispitivanog materijala.
Tvrdoća po Vikersu je:
F – sila utiskivanja (N),
A – površina otiska u obliku pravilne četvorostranične
piramide sa kvadratnom osnovom (mm2),
Vikers metoda
Konačan izraz za izračunavanje veličine tvrdoće po
Vikersu je:
F – sila utiskivanja (N),
d – dijagonala otiska (mm),
h – dubina otiska (mm),
a – stranica kvadrata (mm)
Vikers metoda
Otisak u materijalu
Utiskivač
Utiskivač je izrađen od dijamanta u
obliku pravilne četvorostrane piramide
sa uglom pri vrhu 136°±0.5°. Stranice
utiskivača moraju biti podjednako
nagnute prema osi, tako da linija veze
izmedju suprotnih stranica ne bude
duža od 0.002 mm.
Vikers metoda
Označavanje izmerene tvrdoće po Vikersu
Vikers metoda
Vreme utiskivanja
Potrebno vreme utiskivanja utiskivača u površinu
uzorka materijala mora da obezbedi ravnomerni prirast
sile do odabrane vrednosti. Ovo vreme nanošenja sile
iznosi 10-15 s. Za slučaj prekoračenja ovog vremena
neophodno je naznačiti ga u oznaci.
Vikers metoda
Uslovi ispitivanja
Površina uzorka treba da bude ravna, glatka i čista
(brušena i polirana).
Debljina uzorka mora biti veća 1.5 puta od
dijagonale otiska.
Odstojanje centra otiska od ivice uzorka, ili do
konture bilo kog drugog otiska, ne sme biti manja od
dijagonale otiska.
Utiskivač mora biti upravan na površinu uzorka.
Vikers metoda
Aparat za ispitivanje tvrdoće
Vikers metoda
Postupak ispitivanja
Izvrši se provera ispravnosti dijamantskog utiskivača i
učvrsti u odgovarajući nosač.
Izabere se sila utiskivanja.
Na odgovarajuće postolje aparata postavlja se i pričvrsti
pripremljeni uzorak.
Započne se utiskivanje utiskivača.
Kada opterećenje postigne odabranu vrednost, počinje
se sa merenjem vremena trajanja opterećenja.
Po isteku ovog vremena izvrši se rasterećenje.
Vrši se merenje se obe dijagonale otiska. Merenje se
vrši pomoću optičkog sistema koji se nalazi na aparatu.
Upoređenje rezultata po metodama
Brinell
-Najtačnije vrednosti tvrdoće obzirom na veličinu otiska i
stanje površine, za velike preseke
-Ograničenje pri merenju tvrdoće (deformacija kuglice):
HB450 za kuglicu od kaljenog čelika
450HB650 za kuglicu od tvrdog čelika
Vickers
-Mali otisak, za tanke uzorke, niske i visoke tvrdoće
-Priprema površine poliranjem
-Kvadratni otisak, tačnije očitanje od Brinell metode
Rockwell
-Manja tačnost od Brinell metode, za tanje uzorke,
jednostavno ispitivanje
HRB – za meke materijale
HRC – za tvrde materijale (kaljeni čelik)
Tvrdoća po Brinell-u = 200 HB
Tvrdoća po Vickers-u = 200 HV
Tvrdoća po Rockwell-u = 90 HRB
Zatezna čvrstoća: Rm ~700 MPa
Metode za određivanje tvrdoće materijala
Poldi metoda
Poldi metoda, u suštini, predstavlja jednu vrstu
Brinelove metode. Sastoji se u upoređenju tvrdoće
poznatog materijala (etalona) sa tvrdoćom ispitivanog
materijala. Kod Poldi metode kao utiskivač koristi se
okaljena čelična kuglica prečnika D=10mm. Utiskivač
se istovremeno utiskuje u ispitivani materijal i etalon
poznate tvrdoće.
Ispitivanje tvrdoće Poldi metodom koristi se u
slučajevima kada se ne može izvesti merenje tvrdoće
statičkim metodama (npr. zbog nedostatka aparata,
dela velikih dimenzija, kada je nekorisno razaranje
uzorka i sl.).
Poldi metoda
Merenjem prečnika otiska, određuje se tvrdoća
ispitivanog predmeta pomoću tabela datih uz aparat.
Tvrdoća se može odrediti i analitički merenjem prečnika
otisaka kalote u materijalu i etalonu, na osnovu poznate
tvrdoće etalona (HBS), prema izrazu:
HBS - tvrdoća etalona izmerena po
Brinel metodi,
D - prečnik utiskivača – kuglice (mm),
de - prečnik otiska u etalonu (mm),
dm - prečnik otiska u materijalu (mm).
Poldi metoda
Utiskivač – Poldijev čekić
Poldi metoda
Razlika vrednosti tvrdoća po Brinel i Poldi metodi ne
prelazi 2%. Kod tvrdih materijala brojna vrednost
tvrdoće po Poldi metodi je veća, a za mekše materijale
je manja.
Poldi metoda
Uslovi ispitivanja
Površina merenja mora da je čista i obrađena
mašinskom obradom.
Prečnik utiskivača je uvek D= 10 mm.
Ostvareni prečnici otisaka mora da leže u granicama d=
2-4 mm.
Sila kojom se deluje na utiskivač je dinamičkog
karaktera (udar ručnim čekićem).
Osa udara mora biti upravna na površinu predmeta.
Maksimalna tvrdoća merne površine predmeta mora biti
manja od 450 HBS.
Tvrdoća etalon predmeta mora biti ravnomerna po
celom preseku i određena po Brinel metodi.
Poldi metoda
Postupak ispitivanja
Poldijev čekić se pripremi za rad postavljanjem
etalon-šipke u otvor čekića;
Na pripremljenu površinu koja se ispituje postavi se
Poldijev čekić tako da njegova osa bude upravna na
površinu;
Odgovarajućim udarom ručnim čekićem izvodi se
utiskivanje kuglice u površinu etalona i materijala;
Dobijeni otisci se mere;
Na osnovu poznatog izraza ili pomoću tabela
određuje se tvrdoća po Poldi metodi.
LOGO
Korišćen je materijal za vežbe sa Mašinskog fakulteta Kragujevac