LABORATORIUM MATERIAŁOZNAWSTWA
WYDZIAŁ TRANSPORTU POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
ROK AKADEMICKI 2010/2011
ĆWICZENIE NR 3 TEMAT: BADANIE TWARDOŚCI MATERIAŁÓW
DATA WYKONANIA ĆWICZENIA

1. Opis wybranych metod badania twardości.

-Metoda Brinella:

Próba twardości wykonywana sposobem Brinella polega na statycznym wgniataniu twardej stalowej lub z węglików spiekanych kulki o średnicy D(1mm; 2mm; 2,5mm; 5mm; 10mm) w płaską i wygładzoną powierzchnię próbki. Twardość oblicza się jako stosunek siły obciążającej do powierzchni czaszy kulistej powstałej po zadziałaniu obciążenia siłą F. Wynik próby oznacza się symbolem HB. Jej wartość zależy nie tylko od badanego materiału , ale też i od średnicy kulki oraz od przyłożonej siły i czasu jej działania. Wykonując pomiary przy różnych obciążeniach F kulką o tej samej średnicy otrzymamy różne wartości HB, gdyż pola odcisku nie będą do siebie geometrycznie podobne, ponieważ kąt wgłębnika kulki w materiał będzie różny. Stwierdzono ,że w pewnym zakresie obciążeń , dla danego materiału, wartość HB nie ulega większym zmianom. Siła F powinna być tak dobrana , aby dla danej średnicy kulki średnica odcisku d znajdowała się w granicach: 0,24 ; 0,6 D. Oznaczenie twardości Brinella zmienia się wraz ze zmianą średnicy kulki dlatego też dla jednoznacznego zapisu podajemy : HB_D/F/t





Do wykonania ćwiczenia otrzymaliśmy trzy próbki, które badaliśmy. Stosujemy ten sam wgłębnik o średnicy 5 mm i ten sam nacisk wynoszący 7,5 kN. Otrzymaną próbkę ustawiłem pod wgłębnikiem tak aby znalazł się dokładnie nad oczyszczonym i wygładzonym miejscem na próbce oraz dokręciłem śrubą do zetknięcia się z kulką. Zakręciłem zawór wgłębnika hydraulicznego i powoli pompowałem, aż jarzmo w tylnej części urządzenia podniesie się nie doprowadzając jednak do momentu przelewu. Odczekałem około 15 sekund. Zwolniłem zawór do zerowego ciśnienia i odkręcając śrubę opuściłem próbkę do początkowego położenia. Wyciągnąłem próbkę i za pomocą soczewki z podziałką zmierzyłem średnicę wgłębienia w 2 prostopadłych kierunkach z dokładnością co do 0,01 mm. Następnie odczytałem wynik z odpowiedniej tablicy.

Numer próbki	d1 [mm]	d2 [mm]	d [mm]	HBS	HRC	HRA	HRB	HRD	HRF	HV
1	2,0	2,0	2,0	229	21,0	61,0	98,1	40,9	114,3	240
2	1,9	2,0	1,95	241	22,5	61,7	100,0	-	-	-
3	1,9	1,9	1,9	255	25,6	63,1	102,0	44,3	-	270

Według mnie największą wadą pomiaru metodą Brinella jest to, że trzeba dokonać go ręcznie przez co mogą powstać błędy w pomiarze.

-Metoda Rockwella:

Metoda ta polega na dwu stopniowym wgniataniu penetratora w badany materiał.
Penetratory:

- w skalach A, C, D, N – stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120^o
- w skalach B, F, G T – kulka stalowa lub z węglików spiekanych o średnicy 1/16 cala
- w skalach E, H, F – kulka stalowa lub z węglików spiekanych o średnicy 2/16 cala

Pomiar twardości metodą Rockwella dokonuje się przy pomocy odpowiednich twardościomierzy. Badanie polega na tym, że badany materiał obciąża się obciążeniem pierwotnym, a następnie obciążeniem głównym. Po pewnym czasie odciąża się materiał z obciążenia głównego i dokonuje się pomiaru głębokości odcisku trwałego. Następnie twardość oblicza się wg wzoru:

HR = K – h/0,002

gdzie:

h – różnica głębokości otrzymanego odcisku trwałego i głębokości odcisku przy obciążeniu pierwotnym

K – stała, wyrażona w jednostkach równych 0,002 mm, dla kulki K = 130, dla stożka K = 100

Ze względu na różne rodzaje wgłębnika, istnieją różne skale odczytu.

Do wykonania ćwiczenia otrzymaliśmy 1 próbkę, która badaliśmy w różnych miejscach. Aby rozpocząć właściwy pomiar najpierw należy przeprowadzić pomiar sprawdzający prawidłowe działanie twardościomierza, który nie różni się czynnościami od pomiaru właściwego. Na początek ustawiamy próbkę na stoliku i obciążamy ja ciężarem wstępnym co uzyskujemy przez dociśnięcie próbki do wgłębnika. Gdy wskazówka znajdzie się na czerwonym polu zerujemy licznik i zadajemy obciążenie główne odpowiednie dla badanego materiału. Następnie po usłyszeniu kliknięcia czekamy 15 sekund i po tym czasie odciążamy ciężar główny, ale zostawiamy obciążenie wstępne. Na koniec odczytujemy wynik pomiaru. Należy

także pamiętać, że błąd pomiaru może maksymalnie wynosić 2 HR. Wgłębnikiem jest kulka stalowa o średnicy 1/16", nacisk wynosi 980N. Oto wyniki pomiarów:

Numer pomiaru	HRC	HRA	HRB	HRD	HRF	HBS	HBW	HV
1	48,5	74,9	-	61,6	-	-	490	490
2	48,5	74,9	-	61,6	-	-	490	490
3	49,0	75,2	-	62,1	-	464	469	498

-Metoda Vickersa:

Polega na wciskaniu w badaną próbkę diamentowego stożka o podstawie kwadratu

i o kącie między przeciwległymi

ścianami α= 136^o siłą dobieraną w zależności od twardości badanego materiału i jego grubości. Po odciążeniu mierzy się długość d, przekątnej odcisku. Twardość Vickersa HV, wyraża się stosunkiem siły obciążającej P w kilogramach do powierzchni odcisku A, w milimetrach kwadratowych. Wartość liczbową twardości Vickersa obliczamy ze wzoru:

HV= P/A

P- siła P=2Psin (136O/2)

A- powierzchnia odcisku A=d2

Podczas ćwiczeń za zadanie miałem zbadać jedną próbkę pod trzeba rożnymi obciążeniami. Pomiar sprowadził się do umieszczenia próbki w urządzeniu, wybraniu odpowiedniego miejsca na próbce oraz ustaleniu obciążenia. Po zmianie okularu na wgłębnik wcisnąłem przycisk START, urządzenie dokonało wgłębienia następnie po zmianie na okular wyznaczyłem dwie przekątne a urządzenie samo dokonało pomiaru. Pomiary wykonane na ćwiczeniach są umieszczone w poniższej tabelce.

pomiar	obciąże-nie [kg]	d1 = d2 [mm]	HV	HBS	HBW	HRC	HRA	HRD
1	10	0,4162	108,1	181	103	-	54,6	-
2	30	0,4162	321,1	103	304	34,0	40,0	49,4
3	50	0,4414	190,3	304	181	-	66,4	-

2.Metody identyfikacji tworzyw sztucznych.

Rozpoznawanie tworzyw sztucznych

Do rozpoznawania tworzyw sztucznych wykorzystuje się metody nielaboratoryjne takie jak: określanie dotyku i wyglądu powierzchni poprzez dotyk, przezroczystości, twardości przez próbę zarysowania powierzchni tworzywa np. paznokciem, odkształcalności poprzez naginanie tworzywa i obserwacji powrotu bądź nie do pierwotnej postaci, dźwięku przy upadku na twardą powierzchnię, określanie gęstości w stosunku do gęstości wody, które polega na obserwacji czy tworzywo tonie, czy też nie, zmian pod wpływem temperatury przez ogrzewanie płomieniem świecy i próbie zapalenia tworzywa, obserwacji wyglądu płomienia, oraz zapachu tworzywa po zgaszeniu. Podczas ogrzewania, palenia się i zgaszenia  obserwujemy czy tworzywo się topi, czy pieni, a może tylko mięknie lub nie zmienia się, jak ma to miejsce w przypadku żywic.

Dokonane wyniki obserwacji umieszcza się w tabeli i porównuje z własnościami różnych tworzyw sztucznych. Na podstawie weryfikacji można w przybliżeniu określić rodzaj badanego tworzywa.  

3. Zderzak samochodowy.

Zderzak samochodowy to najbardziej wysunięty w przód i w tył element pojazdu mający służący do złagodzenia zderzenia pojazdu z innym pojazdem, pieszym lub przeszkodą. Stanowi też ważny element wzorniczy samochodu. Zasadniczą częścią zderzaka jest zamontowany poziomo stalowy kształtownik. W samochodach osobowych obecnie niemal zawsze zasłonięty elementami z tworzywa sztucznego.
Najczęściej tym tworzywem sztucznym jest polipropylen w skrócie PP. Zderzak wykonany jest z tworzywa z wielu powodów takich jak na przykład:
- wpływ na polepszenie współczynnika oporu powietrza
- odporność na działanie czynników atmosferycznych
- łatwość i dowolność kształtowania
- przystępna cena
- wysokie pochłanianie energii podczas wypadku

Na zderzak oddziaływają zarówno siły przyrody jak i siły powstające przy wypadkach stłuczkach i otarciach. Tworzywo sztuczne z którego wykonany jest omawiany element jest odporne na takie warunki jak deszcz, śnieg czy wiatr. Podczas stłuczki czy też wypadku przy większej prędkości zadaniem zderzaka jest pochłonięcie jak największej energii, możliwe jest to dzięki zastosowaniu właśnie tego tworzywa.

Informacje zaczerpnięte z:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Polipropylen
http://wckp.lodz.pl/b_okup/06/04.pdf