Aneks do sprawozdania z próby twardości metali.

1.Metoda Brinella wg normy PN - 91/H - 04350

HB = 0,102
; S =
[mm²]

Gdzie P - siła obciążająca P = 9,807KD² [N],

D - średnica kulki [mm], d­ - średnica odcisku [mm], S - pole powierzchni odcisku.

Metoda Brinella nadaje się głównie do materiałów niezbyt twardych, a porównywanie wyników jest obarczone dość dużym błędem (niecałkowite zachowanie prawa prawdopodobieństwa).

2.Metoda Vickersa wg normy PN - 91/H - 04360

Metoda ta polega na wciśnięciu w określonym czasie diamentowego wgłębnika w badaną próbkę przy wybranym obciążeniu F. Po odciążeniu mierzy się długości przekątnych d₁ i d₂ odcisku powstałego na powierzchni próbki.

Twardość Vickersa wyraża się stosunkiem siły F do powierzchni pobocznicy, obliczonej z średniej arytmetycznej wartości długości przekątnych.

HV = 0,1891
gdzie F - wybrana siła obciążająca w [N] d =
[mm]

Oznaczenia twardości Vickersa HV uzupełnia się liczbami określającymi umownie wielkość siły obciążającej wgłębnik i czas działania całkowitej siły obciążającej wgłębnik, jeśli jest inny niż standardowy 10 - 15s.

Wgłębnik diamentowy powinien mieć kształt foremnego ostrosłupa o podstawie kwadratowej. Kąt między przeciwległymi ścianami ostrosłupa powinien wynosić 136⁰. Do pomiaru długości przekątnej odcisku używa się mikroskopu pomiarowego lub innego urządzenia pomiarowego, które powinno jednak mierzyć z dokładnością:
1% długości - w przypadku przekątnych odcisku o długości od 0,02 do poniżej 0,1mm;
0,001mm - w przypadku przekątnych odcisku o długości od 0,1 do poniżej 0,2mm;
0,5% długości - w przypadku przekątnych odcisku o długości 0,2mm i powyżej.

Konstrukcja twardościomierza powinna zapewniać: uzyskanie całkowitej siły obciążającej F koniecznej do pomiaru; zwiększenia nacisku na wgłębnik wzdłuż osi działania siły F w czasie 2 - 8s w sposób płynny, bez wstrząsów i drgań; stałość całkowitej siły F obciążającej wgłębnik przez czas jej działania; różnicę między nominalną a rzeczywistą całkowitą siłą F obciążającą wgłębnik przez czas jej działania

Grubość próbki lub badanej warstwy metalu powinna wynosić co najmniej 1,5d. Na odwrotnej stronie próbki nie powinno być śladów odkształceń, wywołanych działaniem obciążenia wgłębnika. Odległość między środkiem odcisku a krawędzią próbki nie powinna być mniejsza niż 2,5d dla stali, miedzi i stopów miedzi oraz 3d dla metali lekkich, ołowiu, cyny i ich stopów. Odległość między środkami sąsiednich odcisków nie powinna być mniejsza niż 3d dla stali, miedzi i stopów miedzi oraz 6d dla metali lekkich, ołowiu, cyny i ich stopów. Powierzchnia badanego przedmiotu powinna być płaska i gładka. Kształt próbki może być dowolny pod warunkiem, że jest zapewniona: prostopadłość powierzchni pomiarowej lub jej płaszczyzny stycznej do kierunku działania siły obciążającej oraz położenie próbki nie odkształca się sprężyście i nie przesuwa pod wpływem działania obciążenia. Pomiaru twardości powinno dokonywać się w temperaturze 20⁰C (+15 ;-10⁰C).

Czas działania obciążenia liczony od momentu osiągnięcia całkowitej siły F obciążającej wgłębnik powinien wynosić 10 - 15s. Dla niektórych materiałów dopuszcza się przyjęcie dłuższego czasu działania całkowitej siły F obciążającej wgłębnik, z zastosowaniem tolerancji
2s.

Pomiaru długości przekątnych odcisku należy wykonać na mikroskopie pomiarowym. Do obliczania twardości Vickersa należy przyjąć średnią arytmetyczną wartości długości przekątnych jednego odcisku. Różnica długości przekątnych jednego odcisku, spowodowana brakiem prostopadłości badanej powierzchni do kierunku działania obciążenia, nie powinna przekraczać 2% długości większej przekątnej (nie dotyczy pomiarów mających na celu wykrycie anizotropowości metalu).

Należy wykonać co najmniej trzy odciski dla określenia średniej arytmetycznej wartości twardości metalu (jeżeli norma przedmiotowa nie podaje innej ilości pomiarów).

3.Metoda Rockwella (skale A, B, C, D, E, F, G, H, K) wg normy PN - 91/H - 04355

Wnioski.

Porównanie twardości uzyskanej różnymi metodami

Rodzaj materiału (metoda jaką został pomiar uzyskany)	Twardość Brinella HB	Twardość Vickersa HV	Twardość Rockwella HRC
ST 45 (Brinella)	194	205	- (56,4 HRA)
ST 45 (Brinella)	216	225	- (58,9 HRA)
ST 45 (Brinella)	209	220	- (57,0 HRA)
N9E (Rockwella)	670	720	61
N9E (Rockwella)	688	746	62
N9E (Vickersa)	654 - 670	707	60,1 - 61
ST 40 H (Vickersa)	507	539	51,7

Jak widać na podstawie powyższej tabelki pomiary twardości wykonane różnymi metodami można dość łatwo wymieniać między sobą a wyniki są zbliżone do siebie (np. twardość N9E uzyskany za pomocą metody Rockwella jest bardzo zbliżony do twardości w normie - 62HRC - i tak samo pomiar wykonany metodą Vickersa po przeliczeniu na HRC jest zbliżony)

• metoda Brinella - pomiary przeprowadzone tą metodą są niedokładne. Jest to spowodowane nie wystarczającą ilością prób przewidzianych w normie. Metoda ta nadaje się głównie do odbioru materiałów hutniczych. Na podstawie twardości Brinella można również policzyć bardzo przybliżoną wartość wytrzymałości tej stali na rozciąganie. Jednakże błąd dochodzący nawet do 30% nie pozwala zastąpić tymi wynikami wartości wytrzymałości na rozciąganie otrzymanych w próbie rozciągania. (R_m - wytrzymałość na rozciąganie wg normy PN - 93/H - 84019 wynosi dla stali 45 620MPa, a po przeliczeniu wartości twardości wg tabeli w normie PN - 93/H - 04357 waha się od 570 do 830MPa).

• metoda Vickersa - jest to metoda najbardziej skomplikowana, jednakże bardzo dokładna i najmniej ze wszystkich metod uszkadza próbkę. Z tego względu jest to metoda stosowana do sprawdzania twardości ostrzy narzędzi po oszlifowaniu. Na podstawi dokonanego pomiaru można powiedzieć, że ST40H jest stalą bardzo wytrzymałą zarówno ze względu na swą twardość jak i na wytrzymałość na rozciąganie (dla 539 HV wynosi od 1690 do 1900 MPa). Można się jednak spodziewać, że wytrzymałość na statyczna nie idzie w parze z wytrzymałością dynamiczną (jest zapewne materiałem dość kruchym).

• metoda Rockwella - jest to metoda za pomocą której można najszybciej dokonać pomiaru (wynik widać na czujniku - brak konieczności żmudnego liczenia), a przy tym dość dokładna. Jest to metoda stosowana do kontroli części hartowanych przy masowej produkcji, ze względu na wspomnianą szybkość pomiaru. Z otrzymanych wyników można wnioskować, że N9E jest materiałem bardzo wytrzymałym (jest to pewnie związane z zahartowaniem tej stali) lecz można się spodziewać, że dość kruchym.

---