Budownictwo - proby_twardosci
Badanie własności mechanicznych metali - próby twardości.
Cel ćwiczenia :
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z sposobami pomiaru twardości i aparaturą do pomiaru twardości metodami Brinella , Rockwella i Vickersa .
Wiadomości wstępne :
Twardość możemy zdefiniować jako miarę oporu jaki stawia ciało podczas wciskania do niego innego ciała , lub odporność materiału na trwałe odkształcenia powstające w czasie wciskania w ten materiał wgłębnika .
Próba twardości jest bardzo szeroko stosowana ze względu na łatwość wykonania i jej przydatność . Dwa elementy niedobrane do siebie twardością mogą szybko zdefektować a nawet wręcz uniemożliwić działanie układu .
Pomiar twardości można przeprowadzić na wiele sposobów , spośród których użyte zostały w ćwiczeniu trzy :
a) Metoda Brinella PN - 91 / H - 04350
b) Metoda Vickersa PN - 91 / H - 04355
c) Metoda Rockwella PN - 91 / H - 04360
Pomiar twardości :
a) Metodą Brinella
Metoda ta wykorzystuje wgłębnik ,który jest kulką o pewnej średnicy. Twardość obliczana tą metodą jest to stosunek siły obciążającej wgłębnik i działającej prostopadle do powierzchni badanego materiału , do pola powierzchni odcisku powstałego w wyniku działania tejże siły . Dla określenia warunków próby
należy podać średnicę kulki , siłę obciążającą , i czas działania tej siły . Twardość zmierzoną metodą Brinella oznacza się jako HB .
gdzie P- siła obciążająca
F= D(D- D2-d2 )
gdzie : D - średnica kulki
d - średnica odcisku
b) Metodą Vickersa :
Metoda ta różni się od poprzedniej rodzajem wgłębnika i sposobem pomiaru odcisku . W tej metodzie wgłębnikiem jest ostrosłup diamentowy o podstawie kwadratowej i kącie wierzchołkowym 136o.
Twardość wg. tej metody to stosunek siły do powierzchni odcisku i oznaczamy ją jako HV .
gdzie:
F=2sin(a/2)
c) Metodą Rockwella :
Ta próba twardości różni się od dwóch poprzednich zarówno wgłębnikami jak i sposobem przyłożenia obciążenia .
Wgłębnikami są tu: a) kulka o średnicy 1/16 cala ,b) stożek .
Obciążenie jest zadawane dwustopniowe . Najpierw przykładane jest obciążenie wstępne a później przykładane jest obciążenie zasadnicze .Po pewnej chwili jest ono zwalniane . Zaletą tej metody jest bezpośrednie odczytanie twardości ze skali
miernika .
Wyniki pomiarów :
a) Metoda Brinella :
Płytka wzorcowa HB10/1000/30 =107
-płytka stalowa
kulka 10 mm , obciążenie 3000 kG , czas działania 15 s
Lp.
d1
d2
d3
HB śr
1
5.65
5.65
5.7
HB
109
105
107
105.67
-płytka aluminiowa
kulka 10 mm , obciążenie 1000 kG , czas działania 30 s .
Lp.
d1
d2
d3
HB śr
1
4.3
4.5
4,5
HB
65,5
59,5
65,5
63,5
b) Metoda Vickersa :
- stal SW9
Lp.
b1
[mm]
b2
[mm]
b3
[mm]
b śr
[mm]
HV śr
1
0.239
0.254
0.261
0.251
HV
974
862
817
884,33
c) Metoda Rockwella :
- dla stali SW18
HRC1
HRC2
HRC3
HRC śr
60
61
62
61
- dla stali węglowej
HRC1
HRC2
HRC3
HRC śr
95
94
92
93,67
Analiza błędu :
a) Wartość średnia twardości obliczona została wg. zależności :
gdzie :
i = 1,2,...,n
n - liczba pomiarów .
Dla stali - 105,67
Dla SW18 - 61
Dla SW9 - 884,33
Dla stali niskowęglowej - 93,67
Dla aluminium - 63,5
b) Obliczam odchylenie standardowe wyników pomiarów :
płytka stalowa Sn = 1,17
płytka aluminiowa Sn = 3,46
stal SW9 Sn = 80,85
stal SW18 Sn = 1,0
stal niskowęglowa Sn = 2,16
c) Obliczam przedział ufności , dla wartości średniej wyników pomiarów dla poziomu istotności = 0.05 , korzystając z zależności :
HB - poszczególne wartości twardości
Analogicznie tworzymy wzory dla pozostałych rodzajów twardości .
Kwantyl rozkładu t - Studenta odczytany z tablicy jest taki sam dla wszystkich materiałów i wynosi :
t = 4.303
d) Ostatecznie przedziały ufności mają następującą postać :
płytka stalowa 102,76 < HB < 108,58
płytka aluminiowa 54,9 < HB < 72,1
stal SW9 683,23 < HV < 1085,43
stal SW18 58,52 < HRC < 63,48
stal niskowęglowa 88,3 < HRC < 99,04
Wnioski :
Pomiary twardości zostały odczytane z tablic , które były dołączone do każdego przyrządu . Pomiar metodą Brinella może być przeprowadzany dla materiałów niejednorodnych dużych i o niezbyt dużej twardości - ze względu na duże odciski .
Najdokładniejszą metodą jest metoda Vickersa , dzięki dokładnemu pomiarowi przekątnych odcisku . Wadą jest to , że odcisk ma niewielką powierzchnię , można tą metodą badać tylko materiały jednorodne . Uzyskany w ćwiczeniu rozrzut wyników mógł być spowodowany właśnie niejednorodnością .
Metoda Rockwella posiada jako zaletę dużą szybkość wykonywania pomiaru i duży przedział badanych twardości .
Dokonywane pomiary obarczone są naturalnie pewnym błędem wynikającym z niedokładności pomiaru odcisków, zużycia maszyn, dokładności pomiaru czasu przeprowadzenia próby , oraz w przypadku metod Vickersa i Rockwella niejednorodnością materiału .
| Dane autora: | ||