reklama 3 mBank

REKLAMA 2

<script type=”text/javascript”><!–
google_ad_client = „pub-2929260716880071”;
/* 728×15, utworzono 08-09-06 */
google_ad_slot = „3126024165”;
google_ad_width = 728;
google_ad_height = 15;
//–>
</script>
<script type=”text/javascript”
src=”http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js”&gt;
</script>

REKLAMA

Przemiany przy chłodzeniu stali

Przemiana przy chłodzeniu stali
Dyfuzyjna przemiana austenitu- zwana jest drugą przemianą podstawową. Po chłodzeniu austenitu poniżej Ar1, powstaje różnica energii swobodniej która jest siła napędową tej przezmiany. W zależności od zakresu temperatur w których ona występuje ma różny przebieg, występuja tez różnice morfologiczne powstającej struktury. W zakresie powyżej temperatury maksymalnego zarodkowania istnieje zakres przemiany perlitycznej, poniżej- zakres przemiany bainitycznej. Temperatura graniczna oddzielająca te zakresy odpowiada przechłodzeniu ok. 200ºC poniżej A1.
Najłatwiej można zrozumieć istote przemiany dyfuzyjnej austenitu, rozpatrując ja w warunkach izotermicznych. Załóżmy że cienką próbkę ze stali eutektoidalnej poddajemy austenityzowaniu, a następnie zanurzamy ja w kąpieli chłodzącej o stałej temperaturze- poniżej A1, ale w zakresie perlitycznym. Podobny charakter ma przemiana austenitu w zakresie bainitycznym . Cecha przemiany bainitycznej jest to że zachodzi ona do końca, tzn. do całkowitego wyczerpania austenitu.
Każda stal ma charakterystyczny dla niej wykres CTPi, wazny w obróbce cieplnej, gdyż na jego podstawie można przewidywać skłonność austenitu do przemiany dyfuzyjnej i konieczna szybkość chłodzenia do jej zahartowania, jak również strukturę, jaka powstanie po przemianie w określonej temperaturze. Wykresy CTPi można sporządzić różnymi metodami. Najprostsze są metody:metalograficzna i twardości. Wykresy CTPi są rzeczywistym odbiciem przemian zachodzących w stalach przy chłodzeniu ciągłym, dlatego że okres przebywania austenitu w niższej temperaturze nie jest równoważny jego okresowi przebywania w wyższej temperaturze. Ponieważ jednak wiele istotnych procesów obróbki cieplej jest związane z chłodzeniem ciągłym stali, zaczęto opracowywać również wykresy CTPc. Wykresy takie sporządza się najczęściej metodą dylatometryczną stosując odpowiednio zaprogramowane różne przebiegi chłodzenia. Wykresy CTPc opracowano dla najczęściej stosowanych stali i zamieszczono w kartach materiałowych i poradnikach obróbki cieplnej poradnikach obróbki cieplnej.

Rys.Wykres przemian austenitu w warunkach chłodzenia ciągłego (CTPc) dla stalipodeutektoidalnych

Przemiana perlityczna- jest dyfuzyjna, co oznacza że do jej rozpoczęcia i przebiegu konieczne jest przegrupowanie atomów węgla i żelaza drogą dyfuzji. Po chłodzeniu austenitu poniżej temperatury Ar1 zaczynają powstawać zarodki perlitu na drodze heterogenicznej. Zarodkami mogą być nie rozpuszczane całkowicie cząstki cementytu lub drobne wydzielenia ferrytu, które powstają na granicach ziarn austenitu. Prędkość przemiany perlitycznej zależy od szybkości zarodkowania koloni perlitycznej. W warunkach izotermicznych szybkość wzrostu kolonii perlitu jest stała i również odległości między płytkami są stałe- nie zależą od struktury austenitu. W miarę obniżania temperatury, odległości między płytkami w perlicie zmniejszają się, co z jednej strony jest spowodowane obniżeniem szybkości dyfuzji a z drugiej większym zasobem energii swobodnej przy zwiększonym przechłodzeniu. Pozwala to na utworzenie granicy międzyfazowych o większej powierzchni.

Rys.

Przemiana bainityczna- zachodzi w stalach węglowych poniżej temperatury najmiejszej trwałości austenitu. Jest również nazywana przemianą pośrednią. Przyjmuje się że zaczyna się od utworzenia zarodków ferrytu, które powstają na granicach ziarn austenitu wskutek fluktuacji stężenia węgla. Z ferrytu tego wydzielają się bardzo drobne cząstki węglików. Przemiana bainityczna zaczyna się po chłodzeniu austenitu do pewnej określonej temperatury. Upodabnia ja to do przemiany martenzytycznej. Od przemiany martenzytycznej różni się tylko tym że wzrost płytek bainitu jest powolny i ciągły, co świadczy o dyfuzyjnym charakterze przemiany. Cechy morfologiczne bainitu różnią się od perlitu. Bainit górny jest pierzasty, dolny iglasty. W bainicie górnym wydzielenia węglików są grubsze i zorientowane przeważnie równolegle do osi płytek ferrytu. W bainicie dolnym węgliki są drobniejsze i i układają się w poprzeczne pasma pod kątem 55º do osi płytek. Twardość bainitu jest większa od perlitu, a mniejsza od martenzytu.

Rys.

Przemiana martenzytyczna- występuje w stopach ale tylko martenzyt węglowy w stali cechuje się wysoką twardością. Martenzytem nazywamy przesycony roztwor stały węgla w żelazie α, który jest produktem przemiany bezdyfuzyjnej. W układzie Fe-C przemiana martenzytyczna przebiega tylko jednokierunkowo, podczas gdy w innych stopach jest odwracalna. Siła napędowa przemiany martenzytycznej jest różnica energii swobodnej między austenitem i martenzytem, ale warunkiem powstania martenzytu jest chłodzenie austenitu z taka szybkością aby nie ulegała ona wcześniejszej przemianie w perlit lub bainit. Drugim warunkiem rozpoczęcia się przemiany martenzytycznej jest ochlodzenie austenitu poniżej określonej temperatury zwanej temperatura początku przemiany martenzytycznej. Jest ona stała dla konkretnej stali i nie zależy od zastosowanej szybkości chłodzenia. Warynkiem daleszego przebiegu przemiany maretnzytycznej jest obniżenie temperatury . Po przekroczeniu temperatury końca przemiany dalsza przemiana nie zachodzi, pomiomo że pozostaje jeszcze pewna ilość austenitu. Austenit ten nosi nazwę szczątkowego.

Klasyfikacja rodzajów obróbki cieplnej stali

Obróbka cieplna stali
Klasyfikacja rodzajów obróbki cieplnej

Operacje wyżarzania- przez wyżarzanie rozumiemy zabieci cieplne, które w mniejszym lub większym stopniu prowadzą do stanu równowagi termodynamicznej w obrabianym stopie. Są to najczęściej: nagrzewane do określonej temperatury, wygrzewane i chłodzone.

Wyżarzanie ujednoradniające- polega na nagrzaniu stali do temperatury zbliżonej do linii solidus, wygrzewaniu w tej temperaturze aż do zajścia dyfuzji i wyrównaniu składu chemicznego oraz chłodzeniu.
Wyżarzanie przegrzewające- przeprowadza się podobnie jak ujednoradniające, lecz celem jego jest spowodowanie rozrostu ziarn i ułatwienie skrawalności stali.
Wyżarzanie grafityzujące- jest to długotrwałe wygrzewanie stali powyżej Ac3 celem rozkładu cementytu na grafit- przeprowadza się je przy produkcji żeliwa ciągliwego.
Wyżarzanie normalizujące- polega na nagrzaniu do stanu austenitycznego, tzn 30-40ºC powyżej linii GSE i następnie stłudzeniu na wolnym powietrzu, w celu rozdrobnienia ziarn i ujednoliceniu struktury.
Wyżarzanie zupełne- prowadzi do wytworzenia struktury zbliżonej do stanu równowagi. Polega na austenityzowaniu stali, jak przy normalizowaniu, i następnie studzeniu w piecu. Celem zabiegu jest zmniejszenie twardości i naprężeń wewnętrznych oraz zwiększenie ciągliwości stali.
Wyżarzanie niezupełne- przeprowadza się podobnie jak wyżarzanie zupełne, z tym że temperatura wyżarzania jest pośrednia pomiędzy Ac1- Ac3 dla stali podeutektoidalnych oraz między Ac1-Acm dla stali nadeutektoidalnych. Cel zabiegu jest analogiczny jak przy wyżarzaniu zupełnym.
Wyżarzanie izotermiczne- polega na austenityzowaniu stali jak przy wyżarzaniu zupełnym i następnie szybkim ochłodzeniu do temperatury leżącej poniżej Ar1, i wyżarzaniu w tej temperaturze aż do zajścia przemiany perlitycznej. Celem zabiegu jest zmniejszenie twardości stali.
Wyżarzanie perlityzujące- jest podobnie do wyżarzania izotermicznego, z tym ze nie jest konieczne szybkie studzenie do temperatury perlityzowania. Zwykle do perlityzowania stal jest ponownie nagrzewania do temperatury austenityzoania w celu zahartowania. W wyniku perlityzowania uzyskuje się rozdrobnienie ziarna austenitu, a tym samym zwiększenie dyspersji martenzytu.
Wyżarzanie sferoidyzujące- zwane również zmiękczajacym, polega na przemianie cementytu płytkowego w kulkowy, co prowadzi do zmniejszania twardości stali i poleprzeniu obrabialności mechanicznej.
Wyżarzanie rekrasltylizujące- stosowanie po uprzednim zgniocie, przeprowadza się w temperaturze poniżej Ac1, ale powyżej temperatury rekrystalizacji w celu usunięcia skutków zgniotu.
Wyżarzanie odprężajace- polega na wygrzaniu wyrobów do temperatury poniżej Ac1(zwykle poniżej 650ºC), wygrzaniu w tej temperaturze a następnie studzeniu. Celem obrobki jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych bez wywołania zmian strukturalnych. Odmianą tego wyżarzania jest wyżarzanie stabilizowane, które przeprowadza się w temperaturze poniżej 150ºC w celu zmniejszenia naprężeń własnych. Przeprowadza się również stabilizowane naturalne w temperaturze otoczenia przez długi czasu.

Operacje Hartowania- w przeciwieństwie do zabiegów wyżarzania hartowanie, zwłaszcza martenzytyczne, prowadzi do powstawania struktury nierównowagowej.Celem zabiegu jest znaczne zwiększenie twardości wyrobu.
Rozróżniamy następujące metody harowania: objętościowe i powierzchniowe.

Hartowanie objętościowe- polega na nagrzaniu elementu na wskroś i może być realizowane z różnymi prędkościami studzenia.
Hartowanie zwykłe- polega na austenityzowaniu a następnie na szybkim szybkim oziębianiuw jednym ośrodku w celu uzyskania struktury martenzytycznej.
W zależności od sposobu chłodzenia rozróżniamy:
Hartowanie przerywane- polegające na stosowaniu dwóch ośrodków chłodzących.
Hartowanie stopniowe- polegające na wytrzymaniu przedmiotu w temperaturze wyższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej, aż do wyrównania temperatury na przekroju.
Hartowanie izotermiczne- ma podobny przebieg jak stopniowe, z tym że czas wytrzymania w temperaturze pośredniej jest dostatecznie długi, aby zaszła przemiana bainatyczna.

Hartowanie powierzchniowe- polega na austenityzowaniu jednej cienkiej warstwy powierzchniowej przedmiotu, w wyniku czego tylko w jednej warstwie tworzy się struktura martenzytyczna i następuje utwardzenie powierzchni.

Operacje odpuszczania- odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanego przedmiotu do temperatury leżącej poniżej Ac1, co prowadzi do usunięcia naprężeń oraz przemian wywołanych zmniejszeniem twardości i wzrost plastyczności stali.

Operacje patentowania- patentowaniem nazywamy obróbkę mającą na celu uzyskanie drobnego perlitu. Po austenityzowaniu następuje szybkie schłodzenie do temperatury ok 500ºC i wytrzymaniu w tej temperaturze przez okres wystarczający do zajścia przemiany perlitycznej.

Operacje przesycenia i starzenia- mogą być stosowane w stopach, w których następuje zmniejszenie rozpuszczalności składnika w stanie stałym z obniżeniem temperatury.
Przesycenie ma na celu uzyskanie przesyconego roztworu stałego.
Starzenie prowadzi do wydzielenia dyspersyjnych cząstek. Efektem tego jest wzrost twardości i wytrzymałości stopu oraz spadek plastyczności.

Operacje wymrażania- wymrażanie polega na obniżeniu temperatury zahartowanego przedmiotu poniżej 0ºC. Ma na celu dalsze rozłożenie austenitu nie przemienionego w martenzyt. Ze względu na skłonność austenitu do stabilizacji wraz z upływem czasu, wymrażanie powinno być przeprowadzane bezpośrednio po zahartowaniu.

Fazy i składniki strukturalne układu żelazo-węgiel

Fazy i składniki strukturalne układu żelazo-węgiel i ich własności

Ferryt- jest rostworem stałym międzywęzłowym węgla w żelazie α . Powstaje przez wchodzenie atomów węgla do luk tetraedrycznych. Rozpuszczalność węgla nie przekracza 0,002%. Ferryt jaki oddzielny składnik strukturalny występuje w stalach podeutektoidalnych – tzw. ferryt podeutektoidalny, ale również wchodzi w skład perlitu i ledeburytu przemienionego. Ze względu na małą zawartość węgla własności ferrytu niewiele różnią się od własności czystego żelaza α i tam Rm=ok.300MPa, 80 HB, A10=40%, KC= ok.180J/cm².
Ferryt δ jest również roztworem stałym węgla w wysokotemperaturowej odmianie żelaza α. Wykazuje on większą rozpuszczalność węgla niż ferryt α, ma również większy parametr sieci niż ferryt α.

Rys. Stal węglowa o zawartości 0,45%C w stanie wyżarzonym o strukturze gruboziarnistej. Widoczne ciemne pola perlitu i jasne ziarna ferrytu. 5% Nital. Powiększ.100x

Austenit- jest roztworem stałym, międzywęzłowym węgla w Fe-γ o maksymalnej rozpuszczalności węgla 2,11%. Większa rozpuszczalność wiąże się z kulistym kształtem luk oktaedrycznych. Ze względu na typ sieci A1 ma największa gęstość spośród wszystkich faz układu. W warunkach równowagi nie może istnieć poniżej temperatury A1(727ºC) W próbie rozciągania odkształca się równomiernie. Na zgładach metalograficznych występuje jako składnik z charakterystycznymi,
prostoliniowymi granicami bliźniaczymi.

Rys. Mikrostruktura austenitu

Perlit- jest eutektoidem o zawartości węgla 0,77%. Powstaje podczas przemiany eutektoidalnej, która zachodzi w temperaturze 727ºC. Jest zbudowany na przemian z płytek ferrytu i cementytu o stosunku grubości 7:1. Dyspersja perlitu jest odwrotnie proporcjonalna do wielkości przechłodzenia względem temperatury A1.
Perlit jest składnikiem strukturalnym stali i surówek podeutektoidalnych białych i surówek szarych perlitycznych.
Niekiedy perlitem kulkowym nazywa się strukturę złożoną ze sferoidalnych wydzieleń cementytu na tle ferrytu. Strukture taką uzyskuje się w wyniku długotrwałego wyżażania stali eutektoidalnych i nadeutektoidalnych. Częściej stosujemy nazwę cementyt kulkowy lub sferoidyt.

Rys. Powiększenie 1000-krotne perlitu, frakcja ziarnowa 0,63 – 1,25 mm

Ledeburyt- jest mieszaniną eutektyczną austenitu i cementytu. Powstaje z roztworu ciekłego o zawartości 4,3% węgla. Jest składnikiem strukturalnym surówek białych. Cechuje go dość znaczna twardość i kruchość. Poniżej temperatury 727ºC występuje jako ledeburyt przemieniony w wyniku przemiany austenitu ledeburycznego w perlit.

Cementyt- jest węglikiem żelaza o strukturze rombowej. Zawiera 6,67% mas. węgla.
Punkt Curie cementytu występuje w temperaturze 210ºC. Jego gęstość jest mniejsza od żelaza i wynosi 7,68 Mg/m³.

Rys. Cementyt ziarnisty (sferoidyt) w stali o zawartości ok. 1% C. Traw. 5% nitalem.x500

Grafit- jest składnikiem strukturalnym surówek szarych i pstrych. Gęstość grafitu jest znacznie mniejsza od żelaza. Temperatura topnienia 3500ºC. Jest słabym przewodnikiem elektrycznym.

Układ żelazo – węgiel

Układ żelazo – węgiel
Wykres równowagi układy żelazo – węgiel przechodził długą ewolucje od najprostszej postaci zaproponowanej przez Czernowa do postaci współczesnej. Najnowsza wersja wykresu, opracowana przez J. Chippmana przedstawiono na rysunku. Wykres ten ma dwie wersje: metastabilną odnoszącą się do układu Fe-Fe3C wykreślony linią ciagłą i stabilną opisująca układ żelazo – grafit.
Wykres żelazo węgiel odzwierciedla równowagę fazową w stalach i surówkach białych, w których nie występuje grafit, podczas gdy wykres żelazo grafit opisuje równowagę w stopach z grafitem.
Wykres żelazo węgiel jest złożony, a cementyt występuje w postaci osobnego składnika strukturalnego. Wszystkie pkt charakterystyczne wykresu oznaczono dużymi literami alfabetu, przy czym pkt odnoszące się do wykresu żelazo grafit oznacza się dodatkowo przecinkiem.

WYKRES

Odmiany alotropowe żelaza wykazują zdolność rozpuszczania węgla zależnie od temperaturze, przy czym maksymalna rozpuszczalność występuje w temperaturze przemian: perytektycznej, eutektycznej i eutektoidalnej. Przemiany te zachodzą w stałych temperaturach w określonych zakresach stężeń stopów i mają charakter odwracalny.

Przemiana perytektyczna
zachodz w temp. 1495ºC, jest przemianą, podczas której, w czasie chłodzenia, dwie fazy (jedna z nich ciekła) przemieniają się w jedną fazę stałą. L + α → β

Przemiana eutektyczna
Przemianę Ciecz → α + β nazywamy przemianą eutektyczną. Zachodzi w temp. 1148ºC.Przemiana eutektyczna jest przemianą, w której udział biorą trzy fazy. Podczas przemiany, w czasie chłodzenia, ciecz przemienia się w dwie fazy stałe jednocześnie.

Przemiana eutektoidalna
Zachodzi w temp. 727ºC, jest przemianą, w której biorą udział trzy fazy. Podczas chłodzenia faza stała przemienia się w dwie inne fazy stałe jednocześnie. γ → α + β

Linia Likwidus układu żelazo węgiel przebiega między punktami ABCD.
Linię Solidus wyznaczają punkty AHJECF dla układu żelazo węgiel i AHJE’C’F’ dla układu żelazo grafit. Oznacza to że wzdłuz linii AB wydzielają się z cieczy kryształki ferrytu, wzdłuż linii BC kryształki austenitu, natomiast wzdłuż linii CD cementyt zwany pierwotnym.
Linia ES określa zmienną rozpuszczalność węgla w austenicie pozostajacym w rownowadze z cementytem i oznacza się to symbolem Acm. Ponieważ przy chłodzeniu rozpuszczalność węgla maleje od 2,11% w temperaturze 1148ºCdo 0,77%C w 727ºC, nadmiar wegla wydziela się w postaci cementytu zwanego wtórnym.
Podobnie linia PQ określa zmienną rozpuszczalność węgla w ferrycie. W temperaturze 727ºC rozpuszcza się o,0218% C, podczas gdy w temperaturze pokojowej 0,008% C. Stad przy chłodzeniu nadmiar węgla wydziela się w postaci cementytu zwanego trzeciorzędowym.

Ocena odporności materiału na pękanie

Ważną właściwością materiałów jest ich skłonność do kruchego pękania, które jest bardzo niebezpieczne z tego względu, że zachodzi nagle i zwykle jest powodem groźnych awarii.
Czynnikiem sprzyjającym kruchemu pękaniu jest duża szybkość odkształcenia, gdyż w tych warunkach dyslokacje nie nadążają się przemieszczać. Wskutek tego udział odkształcenia plastycznego zmniejsza się.
Zagadnieniem kruchego pękania zajmował się najpierw Griffith, który wysunął hipotezę że pękanie zachodzi na skutek obecności w materiale sprężystych zarodków, które uaktywniają się, jeśli ich wielkość jest większa od krytycznej. Naprężenie σ konieczne do powiększenia zarodka pęknięcia jest zależne od legio wielkości l i modułu Younga E zgodnie ze wzorem

σ =

gdzie γ- energia powierzchniowa nowo utworzonego pęknięcia

Z wzoru tego wynika, że wielkość zarodka krytycznego maleje ze wzrostem σ i zmniejszeniem E, to oznacza uwrażliwienie materiału na kruche pękanie najmniejszymi zarodkami sprężystymi są dyslokacje krawędziowe, z tym że ze względu na małą wartość l naprężenie krytyczne jest duże. Jeśli jednak nastąpi połączenie kilku dyslokacji krawędziowych w wyniku ich spiętrzenia na przeszkodzie, l wzrasta i pękniecie może rozprzestrzenić się już przy znacznie mniejszym naprężeniu.
Skłonność do kruchego pękania uwidacznia się w sposób spotęgowany w warunkach obciążenia dynamicznego. Ponieważ części w nowoczesnych maszynach i pojazdach są na ogół narażone na takie obciążenia, opracowano metody badania wrażliwości materiału na pękanie w tych warunkach i sposób ilościowego określenia odporności na pękanie.

Badanie udarności
Miara odporności metali i stopów na pękanie przy obciążeniach dynamicznych jest udarność, która definiuje się jako stosunek pracy K, potrzebnego do złamania znormalizowanej próbki pod wpływem uderzenia, do jej przekroju poprzecznego SS38; w miejscu załamania

KC= K/ SS38; [J/cm²]

lub pracy J potrzebnej do złamania próbki o znormalizowanym przekroju K.
Należy zaznaczyć, że udarność materiału silnie zależy od sposobu przeprowadzenia próby, a zwłaszcza od kształtu próby i konstrukcji młota użytego do łamania. Dlatego w celu uzyskania porównywalnych warunków próba musi być przeprowadzona w warunkach standardowych. Jeśli chodzi o kształt próbki, to najbardziej istotnym elementem jest karb, którego zadaniem jest umiejscowienie przełomu i stworzenie warunków do wywołana kruchego pękania nawet w materiałach ciągliwych. Najczęściej stosuje się dwa rodzaje karbów: Mesnagera U i Charpy’ego V, który jest przedstawiony na rysunku.

Próbę umieszcza się na urządzeniu do łamania które jest zbudowane w kształcie wahadła i jest nazywane młotem Charpy’ego. Ma on kilka zalet. Po pierwsze- istnieje łatwa regulacja energii początkowej młota wysokością podniesienia wahadła , po drugie- mierząc kąt wychylenia wahadła po złamaniu próbki, można łatwo wyliczyć, energię jaka pozostała po złamaniu próbki. Po trzecie- szybkość młota w momencie jego uderzenia w próbę jest w przybliżaniu stała.

Oprócz metod Charpy’ego są dość często stosowane młoty typu Izoda
Metoda Izoda.
Metoda Izoda różni się od metody Charpy’ego sposobem zamocowania próbki, wymiarami próbek oraz prędkość uderzenia wahadła młota bada się wyłącznie próbki z karbem. Próbkę mocuje się pionowo, jednym końcem w uchwycie podstawy młota i łamie ostrzem walcowym wahadła młota w określonej odległości od krawędzi uchwytu. Udarnoœść okreœśla praca zużyta na dynamiczne złamanie próbki z karbem odniesiona do początkowego przekroju poprzecznego w miejscu karbu, wyrażona w kJ/m2.
Rys.1 Rys. 2

Rysunek1 – przedstawia zasadę pomiaru udarności metodą Izoda

gdzie: 1 – ostrze wahadła młota, 2 – próbka, 3 – uchwyt.

Rysunek2 – przedstawia zasadę pomiaru udarności aparatem Dynstat

gdzie: 1 – ostrze wahadła młota, 2 – próbka, 3 – uchwyt.

Metody badania twardości materiałów (stali)

Metody badania materiałów

Badania twardości
Twardość- nazywany opór przeciw wciskaniu w badany materiał odpowiedni dobranego wgłębnika,
którym może być kulka, stożek lub ostrosłup.
Pomiary twardości znalazły powszechne zastosowanie w przemyśle do kontroli jakości materiału ze względu na ich prostotę, jak również fakt że istnieje na ogól ścisła korelacja między twardością materiału i jego wytrzymałością i na przykład dla stali węglowych konstrukcyjnych w stanie normalizowanym Rm=(0,34- 0,36)HB.
Poza tym pomiary twardości są nie nieszczące i nie wymagają pracochłonnego przygotowania próbek. Większość metod badania twardości należy do statycznych, tzn nie występuje powolne wciskanie wgłębnika przy działaniu siły stałej lub stopniowo wzrastającej do określonej wartości, ale również znana metoda dynamiczna, polegająca na wciskaniu wgłębnika przez uderzenie.
Do metod statycznych należą metody Brinella, Rockwella, Vickersa, a dynamiczną jest metoda Poldi.

Metoda Brinella (PN-91/H-04350)
Polega na wciskaniu w materiał kulki stalowej o średnicy D=10;5;2,5;2 lub 1mm, przy zastosowaniu siły F, zależnej od średnicy kulki D i twardości materiału zgodnie ze wzorem
F=9,806KD² N
gdzie K- współczynnik zalezny od twardości
Granicą stosowania metody Brinella jest twardość 450 HB, gdyż przy większej twardości następuje już duży błąd związany z odkształceniem kulki.

Zalety metody Brinella:
a / możność uzależnienia twardości Brinella dla materiałów ciągliwych od
wytrzymałości na rozciąganie Rm.
b / możność stosowania tej metody do pomiaru twardości o strukturze
niejednorodnej.

Wady metody Brinella:
a / niemonosc stosowania go do pomiaru twardosci wyrobów twardych, drobnych
oraz cienkich warstw utwardzonych i powierzchni niepłaskich,
b / kłopotliwy pomiar twardości ( mikroskop do pomiaru srednicy odcisku ),
c / zależność wyniku pomiaru twardości od zastosowanego obciążenia na kulkę,
d / znaczne uszkodzenie powierzchni
.HB = F / Scz [MPa]

gdzie:

F – siła obciążająca

Scz – powierzchnia czaszy kulistej w [ mm2]

Scz = Dh Głębokość h pokazana na rys. 1 wynosi

h = ( D – D2 -d2 ) / 2 ( 3 )

stąd:

Scz = D ( D – D2 – d2) / 2 ( 4 )

a ostateczny wzór przedstawia się następująco:

HB = 2 F / D ( D – D2 – d2 ) [MPa]

Matoda Rockwella (PN-91/H-04355)
W metodzie tej jako wgłębnika używa się kulki stalowej o średnicy 1/16 cala (1,588mm) lub stożka diamentowego o kącie rozwarcia 120º i promienia zaokrąglenia r=0,2mm
Do badania stali w stanie zahartowanym używa się stożka, a twardość odczytuje się na skali B. Skale te są przesunięte o 30 podziałek. Obciążenia całkowite przy stożku wynosi 1471 N, a przy kulce 981 , przy czym najpierw daje się obciążenie wstępne Fo równe 98 N, a po ustawieniu czujnika na 0 dla skali czarnej lub 30 dla skali czerwonej obciążenie dodatkowe F1 równe 1373 N lub 883 N. Marą twardości jest głębokość wniknięcia wgłębnika, przy czym jednej podziałce odpowiada zagłębienie wgłębnika o 0,002mm.
Twardość Rockwell zapisuje się następująco np. 80 HRB, 45 HRC

Zalety metody Rockwella:
a / możność stosowania go do badania wyrobów twardych i niektórych warstw
utwardzonych,
b / szybkość i łatwość pomiaru,
c / bardzo prosta obsługa twardościomierza,
d / odczytywanie twardości bezpośrednio na twardościomierzu bez konieczności
stosowania tablic,
e / małe odciski pozostawione przez ten pomiar,
f / możność stosowania go do zautomatyzowania pomiarów.

Wady metody Rockwella:
a / bardzo duy wpływ niepoprawnego ustawienia przedmiotu na wynik pomiarów,
b / bardzo duy wpływ zanieczyszczeń śruby podnośnej i podstawek, stolika
przedmiotowego i kształtu na samego wyrobu na wynik pomiaru,
c / niemożliwość pomiaru twardości bardzo cienkich przedmiotów i cienkich warstw
nawęglonych, azotowanych itp.,
d / niemoność dotrzymania duej dokładności pomiaru wskutek niekorzystnych
warunków metrologicznych
e / znaczna ilość skal twardości i kłopotliwe ich porównanie ze sobą, jak równie z
wynikami innych sposobów,
f / nierównomierność poszczególnych skal, np.: przy porównywaniu twardosci stali
węglowej

HR = K – h

gdzie: h – trwały przyrost głębokości odcisku
K = 130 (0,26 mm) dla kulki;
K = 100 (0,20 mm) dla stożka

Metoda Vickersa (PN-91/H-04360)
W metodzie tej wgłębnikiem jest diamentowy ostrosłup o kącie dwuściennym 136º, który jest wciskany siłą 49,98,196,294,490,981 N. Liczbę twardości obliczamy jako stosunek siły nacisku F do pola powierzchni odcisku A (w mm²)

WZÓR
Pomiaru d dokonuje się za pomocą mikroskopu obudowanego zwykle w aparat. Twardość Vickersa zapisuje się następująco: np. 1100HV
Metoda ta nadaje się szczególnie do pomiaru bardzo twardych powierzchni np. harowanych, nawęglanych, azotowanych lub matalizowanych dyfuzyjnie. Jej zaletą jest możliwość pomiaru twardości przedmiotów cienkich, pod małymi obciążeniami, jednak w tym przypadku błąd jest większy. Powierzchnia do pomiaru powinna być przygotowana bardzo dokładnie, szlifowana na najdrobniejszych papierkach, a nawet polerowania.

Zalety:
a / duża porównywalność tej metody z metoda Brinella ( a do 300 jednostek
twardości HB sa ze soba zgodne; powyżej stosuje się zależność HB = 0,95 HV ),
b / możność uzależnienia twardosci HV od wytrzymałości na rozciąganie Rm,
c / możność stosowania tej metody zarówno do materiałów miękkich, jak i bardzo
twardych,
d / małe głębokości odcisków,
e / zmiana ustawienia nie wpływa na wynik pomiaru,
f / dua dokładność odczytu przekątnych,
g / wynik pomiaru twardości przy zastosowaniu większych obciążeń nie zależy od
zastosowanego obciążenia.

Wady metody Vickersa:
a / skomplikowana konstrukcja twardościomierza wymagającego bardzo fachowej
obsługi,
b / mała wydajność pomiaru,
c / niemożność pomiaru niektórych materiałów niejednorodnych,
d / dość znaczny wpływ chropowatości na wynik pomiaru,
e / większy koszt twardościomierza.

Metoda Poldi
Należy do metod dynamicznych. Pomiaru dokonuje się za pomocą tzw. młotka Poldi , którego schemat przedstawiono na rysunku.
Stosowany jest wzór czyli

H = 2 Pdyn / D ( D – D2 – d2 ) gdzie:

Pdyn – siła uderzenia

Zalety metody Poldi:
a / nadaje się do szybkich porównawczych pomiarów twardości
b / dogodna do badania metali w podwyższonych temperaturach
c / doskonale nadaje sie do pomiaru twardości dużych przedmiotów

Wady metody Poldi:
a / metoda mało dokładna
b / wysoki koszt pomiaru ze względu na szybkie zużywanie płytki wzorcowej.

Rys.1.3.Młotek Poldi

Oznaczenia:

1 – uchwyt

2 – oprawka kulki

3 – płytka o wzorcowej twardości

4 – sworzeń

5 – sprężyna

6 – kulka

Przeprowadzka

Witam
Niestety z przyczyn technicznych musieliśmy przenieść bloga na nowy adres. Mam nadzieje że Wam się tu spodoba tak jak mi🙂

Obserwuj

Otrzymuj każdy nowy wpis na swoją skrzynkę e-mail.