GSW w Grudziądzu

Inżynieria Produkcji

Mgr inż. A. Poślednik Przemysław Miłkowski

nr ind 752 sem. III

SPRAWOZDANIE

WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

LABOLATORIUM

Grupa 2

Pomiar twardości metali metodą Brinella

Grudziądz 14.01.2012

Badanie twardości metodą Brinella

Podstawowym celem ćwiczenia jest zapoznanie się z doświadczalnymi metodami pomiaru twardości wg Brinella

Badanie odkształceń zewnętrznej warstwy części metalowych umożliwia określenie rzeczywistych możliwości przenoszenia obciążeń przez materiał.

Dokładne zapoznanie się z twardościomierzem Brinella kadrze technicznej przemysłu wykonanie samodzielnych pomiarów twardości i ocenę wyników prób możliwości odkształceń warstwy wierzchniej realizowanych przez kontrolę techniczną.

Ważnym elementem ćwiczenia jest ocena możliwości przerobionych metod i wielkości odkształceń trwałych powstających po próbach.

Jedną z podstawowych własności materiałów jest twardość. Dopuszczalne naciski powierzchniowe, trwałość maszyn i urządzeń zależy głównie od twardości. Porównywanie jej jest możliwe w zakresie jednej metody i to z pewnym zastrzeżeniem.

Twardość jest miarą odporności materiałów przeciw odkształceniom trwałym, powstającym wskutek wciskania wgłębnika.

Wiadomości uzupełniające..

1. Metoda Brinella.

 W 1910 roku została opracowana przez Brinella stosowana powszechnie do dnia dzisiejszego metoda pomiaru średnich twardości ( rys.1.1 ). Polega ona na wgniataniu pod obciążeniem P [N] lub [kg] stalowej kulki hartowanej w badany przedmiot. Średnica odcisku kulki d [mm] mierzona po obciążeniu jest podstawą obliczeń twardości.

Rys.1.1.Sposób wgniatania kulki podczas pomiaru twardości metodą Brinella.

Oznaczenie składa się z litery H - twardość ( ang. hardness, niem. Harte ) oraz B - Brinella, 

czyli:

HB = F / Scz [MPa] ( 1 )

gdzie:

F - siła obciążająca

Scz - powierzchnia czaszy kulistej w [ mm2]

Scz = Dh ( 2 )

Głębokość h pokazana na rys. 1 wynosi

h = ( D - D2 -d2 ) / 2 ( 3 )

stąd:

Scz = D ( D - D2 - d2) / 2 ( 4 )

a ostateczny wzór przedstawia się następująco:

HB = 2 F / D ( D - D2 - d2 ) [MPa] ( 5 )

Na podstawie badań stwierdzono, że podany warunek będzie spełniony dla pewnych średnic odcisku d w przedziale, którego granice zależą od średnicy kuli D, czyli:

0,2 D < d < 0,7 D

Pomiary twardości metodą Brinella określa norma PN-74/H-04350. Opisana metoda jest prosta i wygodna. Warunkiem jest stosunkowo duża powierzchnia przedmiotu, na której można wykonać pomiary. Dopuszczalny promień krzywizny badanej powierzchni przedmiotu może być większy lub równy trzykrotnej średnicy ( D ) kulki.

 Metoda Brinella jest najczęściej stosowana do metali o średnich twardościach. Granica możliwości wynika z wyraźnych plastycznych odkształceń kulki dla wyższych twardości.

Twardościomierz Brinella ( rys. ) należy ustawić na fundamencie betonowym.

Urządzenie pomiarowe zapewnia:

a) powiększenie nacisku na kulkę bez wstrząsów aż do osiągnięcia żądanej siły obciążającej,

b) działanie siły obciążającej prostopadle do powierzchni próbki niezmiennie w czasie pełnego obciążenia,

Dopuszczalna odchyłka siły obciążającej nie przekracza 1 %. Do badań metodą Brinella stosuje się kulki stalowe obrobione cieplnie o twardości minimum 850 HV10 ( twardość Vickersa ) lub z twardych spieków o średnicy D równej 10; 5; 2,5; 2 i 1 mm. Dopuszczalna odchyłka od średnicy nominalnej nie przekracza 0,01 mm. Powierzchnia kulki powinna być polerowana i nie powinna wykazywać wad przy obserwacji za pomocą lupy o pięciokrotnym powiększeniu.

Mikroskop pomiarowy do odczytu średnicy odcisku.

Mikroskop pomiarowy lub inny przyrząd pomiarowy używany do mierzenia średnicy d odcisku powinien zezwalać na pomiar:

dla d 2,5 mm z dokładnością do 0,01 mm,

dla d > 2,5 mm z dokładnością do 0,05 mm.

Nasze badania materiałów przy obciążeniu 1000 kG.

WYNIKI : 

• płaskownik Al grubość 9 mm - odcisk 3,8 mm – 84,9 HB

• odlew Al - odcisk 3,6 mm – 94,9 HB

Nasze badania materiałów przy obciążeniu 3000 kG.

• płaskownik ST 45 (bez obróbki cieplnej)- odcisk 3,6 mm – 285 HB

• płaskownik ST 5 (bez obróbki cieplnej)- odcisk 5,0 mm – 143 HB
  

Zalety metody Brinella:

 

a / możność uzależnienia twardości Brinella dla materiałów ciągliwych od wytrzymałości na 

rozciąganie Rm. ( zależności te kształtują się następująco: stal o twardości 125 < HB < 175 - 

Rm 0,343 HB; stal o twardości HB > 175 - Rm 0,362 HB; staliwo Rm ( 0,3 0,4 ) HB; żeliwo 

szare Rm ( HB - 40 ) / 6; aluminium Rm 0,26 HB.

b / możność stosowania tej metody do pomiaru twardości o strukturze niejednorodnej.

Wady metody Brinella:

a / niemożność stosowania go do pomiaru twardości wyrobów twardych, drobnych oraz 

cienkich warstw utwardzonych i powierzchni niepłaskich,

b / kłopotliwy pomiar twardości ( mikroskop do pomiaru średnicy odcisku ),

c / zależność wyniku pomiaru twardości od zastosowanego obciążenia na kulkę,

d / znaczne uszkodzenie powierzchni.