LOGO ODREĐIVANJE TVRDOĆE MATERIJALA
Pojam tvrdoća materijala Pod pojmom tvrdoća materijala podrazumeva se otpor koji materijal pruža prodiranju nekog tvrđeg tela u njegovu površinu. Tvrdoća materijala predstavlja mehaničko svojstvo materijala. Tvrdoća nije osnovno svojstvo materijala, ali je u vezi sa elastičnim i plastičnim svojstvima.
Metode za određivanje tvrdoće materijala Statičke: Brinel (Brinell) metoda HBS, HBW https://www.youtube.com/watch?v=rjxjpeh78iu Vikers (Vickers) metoda, HV https://www.youtube.com/watch?v=7z90oz7c2ji Rokvel (RockweIl) metoda, HRC https://www.youtube.com/watch?v=g2jgnlivnc4 Knup (Knoop) metoda, HK https://www.youtube.com/watch?v=5hcspgkusz0
Metode za određivanje tvrdoće materijala Dinamičke: Poldi (Poldy) metoda, HP https://www.youtube.com/watch?v=u9wzvyhgzyo Skleroskopska metoda (Shore), HSh https://www.youtube.com/watch?v=_qwfpfuq3i8 Duroskopska metoda, HD Specijalne. Usvojena oznaka za tvrdoću je H.
Metode za određivanje tvrdoće materijala Kod statičkih metoda sila ispitivanja koja deluje na utiskivač postepeno raste do maksimalne vrednosti. Tvrdoća se izražava odnosom sile po jedinici površine otiska, ili merenjem dubine otiska koji napravi utiskivač u materijalu izražen u odgovarajućim jedinicama za tvrdoću. Kod dinamičkih metoda sila na utiskivaču se ostvaruje udarom, ili se pak tvrdoća određuje na osnovu elastičnog odskoka utiskivača od površine koja se ispituje. Tvrdoća se izražava odnosom sile po jedinici površine otiska kod nekih metoda, ili je neimenovan broj izražen u jedinicama nazvanim po pronalazaču odgovarajuće metode za merenje tvrdoće.
Brinel metoda Tvrdoća, po metodi Brinell, HB, definiše se kao odnos sile utiskivanja i površine otiska, koji napravi kuglica prečnika D, u površini ispitivanog materijala. Tvrdoća po Brinelu je: A - površina otiska kalote (mm 2 ) F - sila utiskivanja (N)
Brinel metoda Konačan izraz za izračunavanje veličine tvrdoće po Brinelu je: F sila utiskivanja (N), D - prečnik kuglice - utiskivača (mm), d - prečnik otiska (mm), h dubina kalote (otiska) (mm).
Brinel metoda Otisak u materijalu (kalota) Utiskivač Kuglica od kaljenog čelika za tvrdoće manje od 450 HB (HBS) Kuglica od tvrdog metala za tvrdoće od 450 od 650 HB (HBW)
Brinel metoda Odnos sile u odnosu na vrstu materijala Vrste materijala Veličina sile Sivi liv i čelik 30 D 2 Sivi liv i tvde legure bakra 10 D 2 Meke legure CU, Al i legure za ležišta 5 D 2 Beli metali i meke legure 2.5 D 2 Olovo i meke legure D 2
Brinel metoda Označavanje izmerene tvrdoće po Brinelu
Brinel metoda Vreme utiskivanja 1 - vreme porasta opterećenja do maksimalne vrednosti (2s 8s), 2 - vreme trajanja dejstva punog opterećenja. Ovo vreme se unosi u oznaku pri obeležavanju tvrdoće i zavisi od vrste materijala 3 - vreme rasterećenja.
Brinel metoda Uslovi ispitivanja Uzorak mora biti stabilan i čist. Površina mora biti čista, odmašćena i mašinski obrađena. Debljina uzorka mora biti najmanje 8 10 puta veća od dubine otiska. Na poleđini uzorka nasuprot otiska posle merenja se ne smeju videti nikakvi tragovi deformacije. Odstojanje od sredine otiska do ivice uzorka, kao i odstojanje izmedju dva susedna centra otiska zavisi od vrste ispitivanog materijala. Otisak, koji ostavlja utiskivač, mora da bude takav da obezbedi što tačnija merenja, odnosno mora da se ispuni uslov d = (0.24-0.6)- D. Ugao izmedju ose utiskivača i površine uzorka mora biti 90, što se ostvaruje obradom površine i izborom postolja.
Aparat za ispitivanje tvrdoće Brinel metoda
Brinel metoda Postupak ispitivanja Bira se utiskivač u zavisnosti od debljine materijala, Utiskivač se postavi u nosač aparata, Osvetli se površina uzorka, Pripremljeni uzorak se postavi na postolje i pritegne uz nosač utiskivača, Aktivira se aparat i počinje utiskivanje utiskivača, Posle određenog vremena utiskivanja ( 2 ) izvrši se rasterećivanje, Vrši se merenje prečnika otiska.
Brinel metoda Merenje prečnika otiska Tehnika merenja zavisna je od tačnosti merenja, ali tačnost ne sme biti manja od 0.25% prečnika utiskivača D. Za merenje otiska mogu se koristiti različita merna sredstva: pomoću lenjira (tačnost 1/100 i 1/50 mm), pomoću lupe sa mikroskopom (tačnost 1/100 mm), pomoću projekcionog ekrana i odgovarajućeg optičkog sistema i mehanizma (tačnost merenja 1/1000 mm).
Vikers metoda Tvrdoća, po Vikers metodi, se definiše kao količnik sile, kojom se deluje na dijamantski utiskivač u obliku pravilne četvorostrane piramide sa uglom pri vrhu od 136, i površine otiska utiskivača u površini ispitivanog materijala. Tvrdoća po Vikersu je: F sila utiskivanja (N), A površina otiska u obliku pravilne piramide sa kvadratnom osnovom (mm 2 ), četvorostranične
Vikers metoda Konačan izraz za izračunavanje veličine tvrdoće po Vikersu je: F sila utiskivanja (N), d dijagonala otiska (mm), h dubina otiska (mm), a stranica kvadrata (mm)
Vikers metoda Otisak u materijalu Utiskivač Utiskivač je izrađen od dijamanta u obliku pravilne četvorostrane piramide sa uglom pri vrhu 136 ±0.5. Stranice utiskivača moraju biti podjednako nagnute prema osi, tako da linija veze izmedju suprotnih stranica ne bude duža od 0.002 mm.
Vikers metoda Označavanje izmerene tvrdoće po Vikersu
Vikers metoda Vreme utiskivanja Potrebno vreme utiskivanja utiskivača u površinu uzorka materijala mora da obezbedi ravnomerni prirast sile do odabrane vrednosti. Ovo vreme nanošenja sile iznosi 10-15 s. Za slučaj prekoračenja ovog vremena neophodno je naznačiti ga u oznaci.
Vikers metoda Uslovi ispitivanja Površina uzorka treba da bude ravna, glatka i čista (brušena i polirana). Debljina uzorka mora biti veća 1.5 puta od dijagonale otiska. Odstojanje centra otiska od ivice uzorka, ili do konture bilo kog drugog otiska, ne sme biti manja od dijagonale otiska. Utiskivač mora biti upravan na površinu uzorka.
Aparat za ispitivanje tvrdoće Vikers metoda
Vikers metoda Postupak ispitivanja Izvrši se provera ispravnosti dijamantskog utiskivača i učvrsti u odgovarajući nosač. Izabere se sila utiskivanja. Na odgovarajuće postolje aparata postavlja se i pričvrsti pripremljeni uzorak. Započne se utiskivanje utiskivača. Kada opterećenje postigne odabranu vrednost, počinje se sa merenjem vremena trajanja opterećenja. Po isteku ovog vremena izvrši se rasterećenje. Vrši se merenje se obe dijagonale otiska. Merenje se vrši pomoću optičkog sistema koji se nalazi na aparatu.
Upoređenje rezultata po metodama Brinell Vickers Rockwell -Najtačnije vrednosti tvrdoće obzirom na veličinu otiska i stanje površine, za velike preseke -Ograničenje pri merenju tvrdoće (deformacija kuglice): HB 450 za kuglicu od kaljenog čelika 450 HB 650 za kuglicu od tvrdog čelika -Mali otisak, za tanke uzorke, niske i visoke tvrdoće -Priprema površine poliranjem -Kvadratni otisak, tačnije očitanje od Brinell metode -Manja tačnost od Brinell metode, za tanje uzorke, jednostavno ispitivanje HRB za meke materijale HRC za tvrde materijale (kaljeni čelik) Tvrdoća po Brinell-u = 200 HB Tvrdoća po Vickers-u = 200 HV Tvrdoća po Rockwell-u = 90 HRB Zatezna čvrstoća: Rm ~700 MPa
Metode za određivanje tvrdoće materijala
Poldi metoda Poldi metoda, u suštini, predstavlja jednu vrstu Brinelove metode. Sastoji se u upoređenju tvrdoće poznatog materijala (etalona) sa tvrdoćom ispitivanog materijala. Kod Poldi metode kao utiskivač koristi se okaljena čelična kuglica prečnika D=10mm. Utiskivač se istovremeno utiskuje u ispitivani materijal i etalon poznate tvrdoće. Ispitivanje tvrdoće Poldi metodom koristi se u slučajevima kada se ne može izvesti merenje tvrdoće statičkim metodama (npr. zbog nedostatka aparata, dela velikih dimenzija, kada je nekorisno razaranje uzorka i sl.).
Poldi metoda Merenjem prečnika otiska, određuje se tvrdoća ispitivanog predmeta pomoću tabela datih uz aparat. Tvrdoća se može odrediti i analitički merenjem prečnika otisaka kalote u materijalu i etalonu, na osnovu poznate tvrdoće etalona (HBS), prema izrazu: HBS - tvrdoća etalona izmerena po Brinel metodi, D - prečnik utiskivača kuglice (mm), d e - prečnik otiska u etalonu (mm), d m - prečnik otiska u materijalu (mm).
Utiskivač Poldijev čekić Poldi metoda
Poldi metoda Razlika vrednosti tvrdoća po Brinel i Poldi metodi ne prelazi 2%. Kod tvrdih materijala brojna vrednost tvrdoće po Poldi metodi je veća, a za mekše materijale je manja.
Poldi metoda Uslovi ispitivanja Površina merenja mora da je čista i obrađena mašinskom obradom. Prečnik utiskivača je uvek D= 10 mm. Ostvareni prečnici otisaka mora da leže u granicama d= 2-4 mm. Sila kojom se deluje na utiskivač je dinamičkog karaktera (udar ručnim čekićem). Osa udara mora biti upravna na površinu predmeta. Maksimalna tvrdoća merne površine predmeta mora biti manja od 450 HBS. Tvrdoća etalon predmeta mora biti ravnomerna po celom preseku i određena po Brinel metodi.
Poldi metoda Postupak ispitivanja Poldijev čekić se pripremi za rad postavljanjem etalon-šipke u otvor čekića; Na pripremljenu površinu koja se ispituje postavi se Poldijev čekić tako da njegova osa bude upravna na površinu; Odgovarajućim udarom ručnim čekićem izvodi se utiskivanje kuglice u površinu etalona i materijala; Dobijeni otisci se mere; Na osnovu poznatog izraza ili pomoću tabela određuje se tvrdoća po Poldi metodi.
LOGO Korišćen je materijal za vežbe sa Mašinskog fakulteta Kragujevac