3.2.1
Metoda Brinella
Polega na wciskaniu w materiał kulki stalowej o średnicy D=10; 5; 2,5 lub 1
mm, przy zastosowaniu siły zależnej od kulki i twardości materiału zgodnie z F = K · D 2 gdzie K jest współczynnikiem zależnym od twardości. Przy właściwym doborze siły średnica odcisku powinna się mieścić w przedziale
od 0,25D do 0,6D. Liczba twardości określona jest jako:
11
3
METODY BADAŃ WŁAŚCIWOŚCI
3.2
Badanie twardości
MECHANICZNYCH
2 F
HB =
√
h
i
πD D −
D 2 − d 2
Granicą stosowalności jest twardość 450HB. Stosując kulki z węglików
spiekanych można mierzyć twardość do 600HB (odkształcenia kulki przy
450HB). Wadą jest konieczność stosowania mikroskopu lub lupy do odczyta-
nia średnicy. Liczbę twardości odczytuje się z odpowiednich tablic.
3.2.2
Metoda Rockwella
Jako wgłębnika używa się kulki stalowej o średnicy 1 cala lub stożka dia-
16
mentowego o kącie 120 ◦ i promieniu zaokrąglenia 0,2 mm. W zależności od niego odczytuje się twardość na odpowiedniej skali (stożek - skala C, kulka -
skala B). Obciążenie całkowite przy stożku wynosi 150kG, a przy kulce jest równe 100 kG. Miarą twardości jest głębokość wniknięcia wgłębnika. Liczbę twardości odczytuje się bezpośrednio z aparatu.
3.2.3
Metoda Vickersa
Wgłębnikiem jest diamentowy ostrosłup czworokątny o kącie dwuściennym
136 ◦, który jest wciskany siłą 50, 100, 200, 300, 500, 1000 N. Liczbę twardości obliczamy jako stosunek siły nacisku do pola powierzchni odcisku.
HV = F = 1 , 8544 F/a 2 (a - średnia arytmetyczna obu przekątnych odci-A
sku). Pomiaru dokonuje się za pomocą mikroskopu, który jest wyposażony w
licznik umożliwiający bezpośredni odczyt. Liczba twardości nie zależy od za-stosowanego obciążenia, gdyż odciski wykazują podobieństwo geometryczne.
Na tej metodzie są oparte niektóre systemy pomiaru mikrotwardości.
3.2.4
Metoda Poldi
Należy do metod dynamicznych. Pomiaru dokonuje się za pomocą młotka
Poldiego. Kulka stalowa (D = 10mm) z jednej strony dotyka próbki, z drugiej płytki wzorcowej o znanej twardości. Przez uderzenie młotkiem w trzpień,
dociskany sprężyną do płytki wzorcowej, powstają odciski na próbce i na
wzorcu. Wtedy HBprbki = k ∗ HBwzorca. Wartości k są zestawione w tabelach dla różnych wartości Dw. Zaletą jest możliwość pomiaru twardości dużych
i ciężkich elementów, jak również przy wysokich temperaturach. Wadą jest
przybliżona wartość określonej liczby twardości.
12
3
METODY BADAŃ WŁAŚCIWOŚCI
3.3
Badanie udarności
MECHANICZNYCH
3.2.5
Skleroskop Shore-a
W niektórych przypadkach korzystniej jest stosować metodę odbiciową, gdyż nadaje się do pomiaru bardzo twardych powierzchni, a pomiar nie zostawia
żadnych śladów. Miarą twardości jest wysokość odskoku bijaka spadającego
za stałej wysokości, którą odczytuje się ze stali. Sprawdzenie wskazań dokonuje się za pomocą płytek wzorcowych.
3.3
Badanie udarności
Własnością materiałów jest skłonność do kruchego pękania. Czynnikiem sprzy-jającym jest wzrost szybkości odkształcenia . Skłonność ta jest widoczna w warunkach obciążenia dynamicznego. Miarą odporności na pękanie jest udarność (stosunek pracy do przekroju) KC = K .
S 0
Najistotniejszym elementem w próbce jest karb służący do umiejscowie-
nia przełomu. Najczęściej stosuje się karb typu U lub V. Próbki mają kształt prostopadłościanu 10x10x55mm, na środku którego, jest nacięty karb. Prób-kę umieszcza się na urządzeniu do łamania (w kształcie wahadła nazywanego młotem Charpy’ego). Jego dużą zaletą jest łatwa regulacja energii przez wysokość podniesienia młota. Mierząc kąt wychylenia wahadła po złamaniu
próbki łatwo wyliczyć energię pozostałą po złamaniu.
Istotnym elementem jest obserwacja przełomów. Można wyciągnąć wnio-
ski co do jakości materiału, wielkości ziarna, charakterze pękania. Przełom kruchy jest transkrystaliczny i cechuje się płaskimi powierzchniami z szere-giem uskoków, podczas gdy przełom ciągliwy jest bardzo rozwinięty i mię-
dzykrystaliczny.
3.4
Badanie wytrzymałości zmęczeniowej
Jest to odporność na pękanie w warunkach zmiennych naprężeń. Powodują
zniszczenie elementu, przy znacznie mniejszych naprężeniach niż przy działaniu jednostronnego naprężenia statycznego. Definicja wytrzymałości zmęczeniowej wynika z zależności między wielkością amplitudy naprężenia zmienne-go a liczbą cykli wywołujących pęknięcie (krzywa Wohlera). Różne materiały mogą się różnie zachowywać.
Wyznacza się ją najczęściej metodą obrotowo-zginającą. Próbka jest za-
mocowana w szczękach obracającej się głowicy, a drugi koniec jest obciążony ciężarem (regulacja wielkości naprężeń). W wyniku obrotu znak naprężeń
13
4
METALOGRAFIA
zmienia się cyklicznie zgodnie z krzywą sinusoidalną. Do wykreślenia krzy-wej Wohlera potrzeba użyć około 10 próbek, obniżając naprężenia i notując liczbę cykli przy zerwaniu próbki.
Metoda ultradźwiękowa pozwala na skrócenie czasu trwania próby, gdzie
wykorzystuje się falę podłużną o częstotliwości < 18 kHz i zmiennej ampli-tudzie.
Pęknięcie zmęczeniowe daje przełom o charakterystycznym wyglądzie.
Rozpoczyna się ono zwykle w pobliżu powierzchni. Miejscem zarodkowania
są nierówności powierzchni, wtrącenia niemetaliczne, obce fazy. Z chwilą po-wstania zarodka następuje jego stopniowe rozprzestrzenianie (powierzchnia przełomu jest gładka z wyraźnymi liniami frontu pękania - układają się kon-centrycznie względem ogniska).
W celu uniknięcia pęknięć zmęczeniowych należy unikać w konstrukcjach
ostrych karbów, podcięć, powierzchnie powinny być gładkie i utwardzane.
4
Metalografia
Metalografia to nauka o wewnętrznej budowie materiałów metalicznych i
metodach ich badań. Ogólnie przyjęty podział metalografii jest następujący: Ogólna - obejmuje problemy wspólne dla wszystkich zagadnień metalogra-ficznych.
• definicję pojęć i terminologię
• mikroskopia metali
• dokumentację badań (publikacje, atalasy mikrostruktur)
• organizację i wyposażenie
Jakościowa - obejmuje badania mikroskopowe jakościowych własności struk-
tur
• wybór technik mikroskopowych wraz z kontrastowaniem mikr. płaskiej
• identyfikacja faz składników strukturalnych
• analiza i opis jakościowych cech mikrostruktury (np. jednorodność)
14
4.1
Jak dobrać odpowiedni przekrój
5
ANALIZA RENTGENOWSKA
Ilościowa - obejmuje bdania mikroskopowe ilosciowych własności mikrostruktury