4. Metodyka badan

Próby twardości klasyfikujemy w zależności od rodzaju oporu, jaki materiał stawia podczas próby. Wyróżniamy:

• statyczne próby twardości (Bvrinell, Vickers, Rockwell)

• dynamiczne próby udarności, podczas których opór materiału wywołany działaniem obciążenia udarowego jest związany z odkształceniem plastycznym lub sprężystym

• próby zarysowania

Próby twardości mają zastosowanie podczas:

• kontroli wyników procesów technologicznych obróbki plastycznej, cieplnej i cieplno-chemicznej

• kontroli jednorodności materiału

• szybkiego sortowania gatunków lub stanów materiału

• przybliżonej oceny wytrzymałości na rozciąganie niektórych materiałów

Pomiary twardości należą do pomiarów szybkich, łatwych i dokładnych. Pomiary te odbywają się w niewielkiej objętości materiału i mogą być w niektórych przypadkach wykonywane na gotowych wyrobach.

Statyczne metody badania twardości polegają na statycznym wciskaniu wgłębnika prostopadle w gładką powierzchnię przy określonym obciążeniu i przez określony czas. Metody dynamiczne polegają natomiast na udarowym działaniu wgłębnika na powierzchnię badanego przedmiotu. Metody statyczne należą do metod ilościowych, natomiast metody dynamiczne to pomiary jakościowe twardości.

Sposób Brinella

Pomiar twardości metali sposobem Brinella polega na wciskaniu w określonym czasie w badaną próbkę pod działaniem siły obciążającej przyłożonej prostopadle do tej powierzchni, kulki stalowej, hartowanej lub z węglików spiekanych o średnicy D oraz na zmierzeniu średnicy d trwałego odcisku kulki (po jej odciążeniu).

Twardością Brinella HB nazwano stosunek siły obciążającej F [kG] do powierzchni S kulistego odcisku w mm.

HB=F/S

Po wprowadzeniu układu SI twardość wyraża się wzorem:

HB = współ x F/S = 0,102 x F/S

gdzie: S = dh

W czasie próby kulkę o średnicy D={10;5;2,5;2;1} należy obciążać równomiernie bez wstrząsów do żądanej siły w ciągu 2 do 8s od momentu zetknięcia próbki z kulką. Wynik pomiaru twardości zależy od średnicy kulki oraz wielkości i czasu działania siły obciążającej. Dlatego też symbol HB uzupełnia się dalszymi liczbami określającymi badanie. Wyróżniamy kolejno:

• średnicę kulki (D)

• wartość wyrażenia 0,102F

• czas działania siły obciążającej

Pomiar twardości sposobem Brinell'a prowadzi się przy użyciu kulki stalowej, gdy oczekiwana twardość materiału nie przewyższa 450 HB, lub za pomocą kulki z węglików spiekanych, do badania materiałów o twardości 450 - 650 HB

Sposób Vickersa

Pomiar twardości sposobem Vieckersa polega na wciskaniu przez określony czas, foremnego, czworokątnego ostrosłupa diamentowego o kącie dwuściennym L=136⁰ w płaską dostatecznie gładką powierzchnię przedmiotu pod obciążeniem F prostopadłym do tej powierzchni. Po odciążeniu mierzy się długość przekątnych d1 i d2 powstałego odcisku na powierzchni próbki w celu określenia wartości średniej d.

Twardość Vickersa HV wyraża się stosunkiem siły F [kG] do powierzchni bocznej otrzymanego odcisku S [mm].

HV=F/S=(2FsinL/2)/d2

Oznaczenie jednostki twardości Vickersa HV uzupełnia się liczbami określającymi umownie wartość siły obciążającej wgłębnik oraz czas działania calkowitej siły obciążającej, jeśli jest inny niż standartowy (10s<t<15s)

Sposób Rockwella

Pomiar twardości sposobem Rockwella polega na dwustopniowym wciskaniu wgłębnika siłą wstępną F₀ i siłą główną F₁ w badaną próbkę przy określonych warunkach obciążenia i pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku.

Etapy dwustopniowego pomiaru twardości metodą Rockwella:

1. Próbka spoczywa na stoliku przedmiotowym.

2. Pod obciążeniem siłą wstępną F₀ wgłębnik zostaje wciśnięty na głębokość h₀, która zostaje przyjęta za głębokość odniesienia przy pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku. Czujnik twardościomierza ustawia się w położeniu zerowym.

1. Do obciążenia siłą wstępną F₀ nakłada się statycznie główną siłę obciążającą F₁, która powoduje zagłębienie wgłębnika na głębokość H₁, czyli obciążenie siłą całkowitą F=F₀+F₁ powoduje przyrost głębokości h₁

1. Odciąża się główną siłę obciążającą F₁ i wskutek sprężystości badanej próbki oraz samego twardościomierza, wgłębnik podniesie się o wartość h2. Trwały przyrost głębokości odcisku mierzony od lini odniesienia wynosi wtedy h=h₁-h₂ i jest przyjęty do wyznaczania twardości Rockwella.

Odczytu twardości HR dokonuje się na odpowiednio wyskalowanym czujniku zegarowym, bezpośrednio sprzężonym z obciążoną dźwignią.

---