MEDŽIAGŲ KIETUMAS BEI SĄSAJŲ TARP MEDŽIAGŲ KIETUMO IR KITŲ MECHANINIŲ SAVYBIŲ NUSTATYMAS

1 LABORATORINIS DARBAS

1
LABORATORINIS
DARBAS

MEDŽIAGŲ
KIETUMAS BEI SĄSAJŲ TARP MEDŽIAGŲ KIETUMO IR KITŲ
MECHANINIŲ SAVYBIŲ NUSTATYMAS

Darbo
tikslas:

Išanalizuoti
ryšį tarp kietumo
ir kitų mechaninių savybių. Išmokti
savarankiškai išmatuoti metalų kietumą
Brinelio, Rokvelio, Vikerso
ir
Šoro metodais.

Šiuo
metu populiaru lietuvinti sąvokas „stiprumą“ į
„stiprį“, „įtempimą“ į
„įtempį“ ir t.t. Mėginama lietuvinti
„kietumą“ į „kietį“. Tačiau
„Kietis“ (Artemisia) lietuviškoje enciklopedijoje
(5 tomas) yra graižažiedžių šeimos augalų
gentis. Ilgametės, rečiau vienmetės žolės ir
puskrūmiai (> 500 rūšių). Todėl
autoriai pasilieka prie įprastos sąvokos –
„kietumas“.

Darbo
užduotis:

1.
Susipažintiir
įsisavinti stiprumo, kietumo, tamprumo, plastiškumo,
tąsumo ir trapumo sąvokas, kietumo nustatymo principus.

2.
Išmokti naudotis Brinelio. Rokvelio, Vikerso bei Šoro
prietaisais, matuojant duotos medžiagoskietumą. Išmokti
taikyti detalių kietumo kontrolės scchemas priklausomai nuo
detalės formos.

3.
Išmokti
naudotis įvairiais metodais nustatytu kietumo skaičių
palyginimo
lentelėmis, suvokti matavimo patikimumo
principus;

4.
Įsisavinti medžiagų stiprumo bandymo
metodą tempiant;

5.
Išmokti apibūdinti sąsajas
tarp
kietumo ir
kitų mechaninių savybių;

6.
Paruošti nustatytosformos
ataskaitą (pavyzdyspriede
Nr. 1).

Įžanga

Medžiagų
mechaninės savybės ir jų charakteristikos

Medžiagų
savybės priešintis jas ardančiam jėgų
poveikiui vadinamos mechaniniu atsparumu. Fizinės medžiagų
savybės, apibudinančios medžiagų atsparumą,
vadinamos mechaninėmis medžiagų savybėmis.
Bandymai, kuriais nustatomas mechaninis atsparumas, vadinami
mechaniniais medžiagų bandymais ir jie atliekami specialia
įranga, medžiagų atsparumo. medžiagotyros ir
kitose laboratorijose. Dažnai skaičiavimuose medžiagų
savybės supaprastinamos. Visos medžiagos, nežiūrint
jų mikrostruktūros ypatumų, laikomos vienalytėmis
ir vientisomis- (materialiomis terpėmis). Tačiau metalai
yra polikristalinės (nevienalytės) medžiagos, t.y. jų
struktūra suudaryta iš daugelio chaotiškai vienas
kito atžvilgiu orientuotų (pasisukusių) dalelių,
vadinamų kristalitais. Paprastumo dėlei priimama. kad
medžiaga tolydžiai užpildo visą konstrukcijos
tūrį. Todėl vientisai materialiai terpei galima
taikyti nykstamų dydžių analizę. Atskiras metalo
grūdelis yra anizotropinis. Kai kūno tūryje yra
daugybė chaotiškai išsidėsčiusių
kristalitų , tai medžiagą galima laikyti iz

zotropine.
Tyrimo (skaičiavimo) metu, dažniausiai priimame, kad
metalai yra izotropinės medžiagos, mediena yra anizolropinė
– jos savybės priklauso nuo pluoštų orientacijos.
Anizotropinė yra fanera, taip pat ir audiniai.

Deformacija
– tai įvairių jėgų veikiamo gaminio matmenų
ir formos kitimas. Yra dvi deformacijos rūsys: tamprioji ir
plastinė. Tamprioji
(grįžtamoji) – tokia deformacija, kai jėgoms veikiant,
gaminio matmenys ir forma pasikeičia, tačiau joms nustojus
veikti, deformacija išnyksta, t.y. gaminys atgauna pirmykščius
matmenis bei formą. Plastinė
(liekamoji) deformacija tokia, kai jėgoms nustojus veikti,
matmenys ir forma lieka pakitę. Su deformacijos sąvoka
susijusios mechaninės metalų ir kitu konstrukcinių
medžiagų charakteristikos.

Stiprumas

išorinių jėgų veikiamos medžiagos
gebėjimas priešintis deformavimui nesuyrant.

Konstrukcinis
stiprumas


medžiagos stiprumas konkrečiame konstrukciniame elemente,
t.y. kai yra apibrėžti gaminio matmenys. forma ir tam tikra
apkrova. Konstrukcinį stiprumą nusako medžiagos
stipruminiai rodikliai, taip pat gaminio patikimumas ir
ilgaamžiškumas. Abi pagrindinės statinio stiprumo
charakteristikos Rm
ir
RP0,2
randamas specialiais, pakankamai brangiais bandymais, todėl
apytiksliai jas galima apskaičiuoti įspaudimo meetodu pagal
nustatytą medžiagos kietumą, apytiksliai Rm
=HB/3, HB čia – Brinelio metodu nustatytas kietumas.

Kai
kurie,
ypač didelių matmenų. gaminiai (staklių stovai,
reduktorių korpusai arba robotų stovai)turi
išlaikyti tikslius
matmenis, todėl svarbi yra medžiagųstandumo
charakteristika – pasipriešinimas tampriai – plastinėms
deformacijoms. Jas apibūdina medžiagos tamprumomodulisE
(
Jungo
arba
šlyties modulis) ir Puasono koeficientas .

Lenkiamose
arba sukamose detalėse įtempiai
pasiskirsto netolygiai: ašinėje dalyje jie minimalus, o
paviršiuose – maksimalūs.Tai
ypač svarbu,
kai apkrova ciklinė, nes nuovarginiai įtrūkimai
prasideda paviršiuje.

Paviršinių
sluoksnių savybės dažniausiai keičiamos tada, kai
reikia padidinti gaminio kietumą ir atsparumą dilimui arba
padidinti jo atsparumą agresyviai aplinkai, t.y. korozijai bei
oksidacijai aukštoje temperatūroje. Taikomi įvairūs
termocheminio apdirbimo metodai –

cementavimas, azotavimas,
karbonitravimas ir kt.

Standumas

išorinių jėgų veikiamo gaminio geba išlaikyti
matmenis deformacijų ribose;

Tamprumas

medžiagos geba atgauti pirmykščius matmenis ir
formą, kai pašalinama apkrova:

Plastiškumas

medžiagos geba deformuotis nesuyrant, kai veikia apkrova ir
išlaikyti pakitusią forma, kai apkrova pašalinama;

Trapumas
– medžiagos savybė suirti nesusidarant pastebimoms
plastinėms deformacijoms.

Tąsumas

medžiagos geba priešintis susidariusio plyšio
plėtimuisi. Reikia skirti tąsumą nuo plastiškumo.
Smūginis
tąsumas

– geba priešintis suirimui veikiant smūginei apkrovai,
t.y. staiga didėjančiai apkrovai.

Kietumas

medžiagos geba priešintis kito kietesnio kūno
(indcntoriaus) įspaudimui ar įrėžimui ir nesuirti
lokaliame deformuotame tūryje.

Valkšnumas

medžiagos geba deformuotis plastiškai, veikiant pastovaus
dydžio ilgalaikėms apkrovoms arba įtempiams;

Relaksacija

įtempių mažėjimas, esant pastoviai pradinei
deformacijai, Medžiagųvalkšnumo
ir relaksacinės
savybės gali buti apibudinamos valkšnumo ir įlempimų
relaksacijos ribomis.

Pagrindinė
mechaninių bandymų
diagrama yra tempimo diagrama, t.y. ryšys tarp jėgos P ir
pailgėjimo l
arba išvestinių įtempimų 
ir deformacijų .

Įvairių
medžiagų
tempimo diagramos gali buti skirtingos. Plastiško plieno
tempimo diagrama parodyta paveiksle. Čia pavaizduotoje kreivėje
(pav. 1 ) galima išskirti kelis būdingus taškus iš
kurių pagrindiniai yra C ir
D.

s_09722b026fe4e5b2_html_m4469fa9f.jpgs_09722b026fe4e5b2_html_755bf49.jpg

1
pav.

Mažaanglio plieno tempimo diagrama: (kairėje) ir įvairių
medžiagų tempimo diagramos (dešinėje): čia
a – plastiškų medžiagų su ryškia
takumo riba, b – plastiškų medžiagų, c – trapių
medžiagų. d – gumos tipo medžiagų

Taške
C,

pasiekus apkrovąPT
bandinys pradeda ilgėti apkrovai beveik nesikeičiant.Apkrovą
Py
atitinkantis įtempis vadinamas takumo riba – Rp(t)
=
pT/fo.
Kai
kurių rūšių plieno takumo riba neryški,
todėljipakeičiama
sąlygine takumo riba – Rp0,2(0,2).Tai
įtempis, kai susidaro 0,2 % liekamoji deformacija, kartais
žymimas raidėmis 0,2.

Taške
D, PU

maksimali bandinio tempimo apkrova. Toliau bandinys ilgėja
mažėjant apkrovai,nes
vietoj tolygios deformacijos per visą skaičiuojamąjį
bandinio ilgį, atsiranda vietinė deformacija – susidaro
kakliukas, t.y. ilgėja ir plonėja viena bandinio dalis. Šią
apkrovą atit

tinkantis įtempimas vadinamas stiprumo riba –
RmU) PU/Fo
,
kartais žymimas raidėmis U.

Įvairaus
pradinio ilgio bandinių absoliutinės deformacijos reikšmės,
esant vienodai apkrovai, nevienodos. Todėl paprastai taikoma
santykinės
deformacijos reikšmė 

tai absoliutines deformacijosl
ir bandinio pirminio
skaičiuojamojo ilgio l0
santykis (=
l/l0).

Pradinė
tempimo diagramosdalis
yra tiesinė: deformacija tiesiog
proporcingaįlempimui.
Tai
išreiškiama Huko dėsniu  = E

čia
E

proporcingumo koeficientas, vadinamastamprumo
moduliu

(Jungo moduliu). Tai svarbi konstrukcinės medžiagos
konstanta. Ji nusako medžiagos standumą ir parodo jos gebą
priešintis tampriajai deformacijai. Iš formulės

E = /
matome, kad tamprumo modulis lygus įtempiams,jei = 1.
Tai
bus
tokiu
atveju, jei deformuojant =
l/l0= 1.
Pailgėjimas l
bus lygus pradiniam ilgiui l0.

Plieno
tamprumo modulis gana didelis – E
=
210 GPa (21000 kgf/m2,
tuo tarpu vario (E
= 120 GPa) aliuminio (E
=
72 GPa), gerokai mažesnis. Gumai – E
=
80 MPa. Tamprumo modulio reikšmė nepriklauso nuo
struktūros, mažai keičiasi ir apdirbus metalą
termiškai.

Tempiant,
plastinės deformacijos atsiranda tada, kai apkrova tampa didesnė
už tamprumo ribą. Toliau tempiant, apkrova vis didėja,
nes dėl
plastinės deformacijos metalas kietėja – labiau priešinasi
deformavimui (pav. 1, a.).

Sukietintų
medžiagų
stiprumo riba sutampa su takumo riba. Skirtingų konstrukcinių
medžiagų tempimo diagramos yra skirtingos. Kai kurių
medžiagų tempimo diagramų schemos pateikiamos 1
paveiksle b.

Medžiagos
plastiškumą nusako dvi iš
tempimo diagramos gaunamos charakteristikos:

Santykinis
pailgėjimas

ir
santykinis susitraukimas .
Abi jos išreiškiamos procentais. Santykinis pailgėjimas
– tai bandinio ilgio nutrūkstant l1
ir pradinio ilgio l0
skirtumo (pailgėjimo) santykis su pradiniu ilgiu.

Santykinis
susitraukimas



tai bandinio pradinio skerspjūvio ploto F0
bei skerspjūvio ploto F1
toje vietoje, kur
susidaro kakliukas ir bandinys suyra, skirtumo ir pradinio
skerspjūvio ploto F0,
santykis.

Abi
šios trapių
medžiagų charakteristikos yra artimos nuliui, o plastiškų
medžiagų – gali siekti keliasdešimt procentų.
Santykinis susitraukimas yra tikslesnė plastiškumo
charakteristika ir visuomet
>
.

Atliekant
konstrukcinius skaičiavimus, svarbiausios standartinės
medžiagos stiprumo char

rakteristikosyratempimo
stiprumo riba Rm
(trapių
medžiagų) ir takumo riba Rparba
Rp0,2

(plastiškų medžiagų). Tačiau šios
reikšmės yra ribinės. Leistinieji
įtempimai

– įtempiai, kurių daug neviršijus,
konstrukcija gali dirbti saugiai, su tam tikra atsarga (adl.).
Leistinieji įtempiai yra žymiai mažesni už
ribinius: plastiškoms medžiagoms adm
=
Rp0.2,
trapioms – adl
=
R
m/2.4.

Žinant
lydinio kietumą,
galima spręsti apie metalo apdirbamumą pjovimu ar plastiniu
deformavimu, numatyti detalių atsparumą dilimui.

Kietumas
nėra atskira medžiagos fizinė konstanta (pvz., kaip
medžiagos lyginamasis svoris,
tankisirpan.).
Tai atitinkama forma išreikštas medžiagos
mechaninis atsparumas, atitinkantis tam tikrą deformacijosirįtempių
būvį, panašiai kaip atsparumas tempimui, gniuždymui,
sukimui ar pan. Kietumas yra svarbiausias įrankinių plienų
mechaninis rodiklis, nes praktiškai nusako atsparumą
kontaktiniams įtempimams įrankio darbinėje briaunoje
ir yra bendrinis medžiagų stiprumo sąvokos analogas.
Medžiagos kietumo matavimas technikoje turi didelę reikšmę,
nes iš kietumo duomenų galima apytikriai nustatyti
pagrindines mechanines medžiagų savybes (Rm,
Rp0,2,
,
).
Bandymas atliekamas labai greitai. be to. nereikia specialių
bandinių. Bandymą galima atlikti nesuardant detalės.
Ypač svarbių duomenų iš kietumo bandymų
gauna konstruktorius, parinkdamas atskirų mazgų detalių
medžiagas.

Kietumo
bandymai
nuo kitų medžiagų mechaninių savybių bandymų
skiriasi tuo, kad juos atliekant deformuojamas ne visas bandinio
turis, o tik nedidelė jo dalis. Kietumas nustatomas pastovia
jėga ir greičiu spaudžiant į
bandomojo metalo paviršių atitinkamos formos antgalį.
Priklausomai nuo matavimo būdo – rutuliuką, kūgį
ar keturbriaunę piramidę. Iš indentoriumi padaryto
įspaudo matmenų galima spręsti apie medžiagos
kietumą. Kuo metalas kietesnis, veikiant tai pačiai jėgai
indentorius padarys mažesnį įspaudą ir
atvirkščiai, kuo metalas minkštesnis, tuo įspaudo
skersmuo ar gylis bandinio paviršiuje bus didesni.

Medžiagų
kietumo są
voka.

Taip
jau istoriškai susiklostė, kad kietumas (HB, HV. ir kt.)
yra išreiškiami masės dimensija kG/mm2.
Todėl darbe laikomasi šios dimensijos bei naujosios SI
sistemos. naudojant jėgos dimensiją, kur 1 kG
10 N ir 1 kG/mm2

10 MPa, 100 kG/mm2

1 GPa. Yra sudaryti standartai. kietumo nustatymui ir jų
palyginimo lentelės. Kietumas žymimas raide H.
Po raides H
einantys simboliai, raidės ar skaičiai žymi būdo
pavadinimą, naudojamos apkrovos dydį ir pan. Pavyzdžiui,
žymėjimas 230
HB

reiškia kietumo dydį, nustatytą Brinelio metodu, 232
HV

– Vikerso. 60
HRC

– kietumą nustatytą Rokvelio metodu, naudojant kūgį
(naudojant C skalę, 1500 N apkrova), o 50 HRB

naudojant rutuliuką ( B
skalė, 1000 N apkrova). 40
HRA

– bandymas atliktas kūgiu (naudojant skalę A, 600 N apkrova
). Taikant Vikerso metodą išmatuotas mikrokietumas
žymimas H,
arba 5500
H
50
mikrokietumas gautas matuojant 50 g apkrova.

Dažniausiai
mikrokietumo matavimo būdas naudojamas labai plonoms dangoms ar
net metalo grūdelių
(
atskirų
fazių)
kietumui nustatyti. Bendruoju atveju kietumo skaičiai
išreiškiami įtempimų dimensija – MPa.

Nors,
įvairiais matavimo metodais nustatyta kietumo
skaitinė reikšmė gali būti tokia pati, kietumas
nebus vienodas.
Praktikoje jas tenka dažnai lyginti. Šiam tikslui yra
sudarytos specialios lentelės (priedas Nr. 2).

Metalų
kietumo
matavimo būdai

Metalų
kietumo

bandymas Brinelio metodu

Nustatant
kietumą Brinelio metodu, į tiriamą medžiagą
įspaudžiamas grūdinto plieno rutuliukas
(2. pav.).

s_09722b026fe4e5b2_html_m556f9fa1.jpg

2
pav.

Kietumo nustatymo Brinelio metodu schema:

D
rutuliuko skersmuo; d

įspaudo skersmuo; P

apkrova

Spaudimo
jėga Fir
įspaudo sferinio paviršiaus ploto S
santykis charakterizuoja metalo kietumą Brinelio vienetais
(HB).

s_09722b026fe4e5b2_html_m5ee92b4.png

s_09722b026fe4e5b2_html_m44f3b9ea.gif,
kG/mm2 (1kG = 10MPa) (1)

įspaudo
sferinio paviršiaus plotas S
=
Dh.

Brinelio
įre
nginio
konstrukcija ir veikimas

Prietaiso
kietumui matuoti įspaudimo būdu bendroji schema parodyta
3 paveiksle.

3
pav.

Prietaiso skirto kietumui matuoti schema:

1
– vaizdo
fokusavimo sistema; 2 – duomenų; ekranas (skalė,
minikompiuteris): 3 -įspaudimo
įrenginys;

4
– specialios formos antgalis įspaudui padaryti
ir keičiamas objektyvas: 5 – bandinys: 6 – įveržimo
sraigtas su sukračiu; 7 – sraigto kreipiančioji: 8 –
pradinės apkrovos mechanizmas (tik Rokvelio prietaise): 9
-apkrovos svirtis; 10 – mikroskopo apšvietimo
sistema: 11 – apkrovos pasirinkimo svirtys;12

– apkrovos mechanizmo paleidimo svirtis.

Bandinys
5 padedamas ant stalelio, esančio
sraigto 6 viršuje. įspaudimo įrenginyje 3 yra
pasukama dalis. Ji pasukama taip, kad ties bandiniu butų
įspaudimo antgalis. Tada, sukant smagratuką pagal
laikrodžio rodyklę, sraigtas pakelia stalelįirprispaudžia
bandinį| prie antgalio. Kai kuriuose prietaisuose būna
speciali atrama – eigos ribotuvas. Tada smagratuką sukamas tol.
kol bandinys atsiremia į atramą. Paspaudus svirtį 12
įjungiamas apkrovos mechanizmas. Tuo metu svarmenys per svirtį
9 spaudžia indentorių į bandinio paviršių.
Paprastai apkrova veikia tam tikrą, nustatytą laiko tarpą.
Po to krūvis nuo antgalio nuimamas. Svirtis 12 pastatoma į
pradinę padėti. Stalelis kiek nuleidžiamas žemyn.
Atsukamas įrenginio 3 mikroskopas ir išmatuojamas įspaudo
plotis (skersmuo) ar gylis. Įspaudo vaizdas matomas fokusavimo
sistemos 1 ekrane. Visų kietumo matavimo įspaudimo būdu
prietaisų schemos labai panašios, išskyrus
naudojamus indentorius.

Rutuliuko
skersmens ir krū
vio
parinkimas matuojant Brinelio prietaisu

Rutuliuko
skersmuo gali buti D
=
10;
5 arba 2,5 mm, Jis parenkamas priklausomai nuo bandinio storio.
Kuomet bandinio storis didesnis kaip 6 mm. naudojamas 10 mm skersmens
rutuliukas. Nuo 6 iki 3 mm storio bandiniams – rutuliuko skersmuo 5mm;
plonesniems kaip 3 mm bandiniams ~ 2,5 mm. Labai ploniems bandiniams
gali buti naudojami 2 ir 1 mm skersmens rutuliukai. Jei bandant labai
mažo storio bandinius. negalime parinki mažo skersmens
rutuliukų, galima sudėti tiek bandinių, kad gautume
tinkamo storio rinkinį. Rutuliuko apkrova nustatoma proporcingai
rutuliuko skersmeniui:

P=KD2M

(2)

Formulėje
K

koeficientas paklausantis nuo bandomojo metalo spėjamokietumo:
plienui ir ketui K =
300; vario lydiniams K
= 100; aliuminiui K
= 25. Pasirinkti rutuliuko skersmenį ir svorius patogiau
naudojantis lentele 1.1:

1
lentelė.
Rutuliuko
skersmens ir krūvio parinkimo
lentelė
Brinelio
metodui

Medžiaga

Spėjamas

kietumas,

HB

Bandomos

medž
iagos

storis, mm

Koeficientas

K

Rutuliuko

skersmuo D, mm

Krūvis,

kN

Apkrovim

laikas, s

Juodieji

metalai

99

. 450

> 6

nuo 6 iki 3

<

3

300

10

5

2,5

30

7,5

1.875

(30)

Spalvotieji

mulatai ir jų lydiniai (varis)

32 . 130

>6

nuo 6 iki 3

<3

100

10

5

2,5

10

2.5

0.625

30

Spalvotieji

metalai ir jų lydiniai (aliuminis, guolių lydiniai)

8 . 35

>

6

nuo 6 iki 3

< 3

25

10

5

2,5

2.5

0,625

0.156

60

Brinelio
pre
so
paruošimas ir kietumo bandymai

Bandinio
paviršius, kuriame bus daromas įspaudas, nulyginamas
dilde arba šlifavimo disku. Šlifavimo

melu
bandinio temperatūra
neturi viršyti 150 oC
temperatūros. Toks paviršiaus paruosimas reikalingas
taisyklingam ir gerai matomam įspaudui gauti.

Kietumo
bandymas atliekamas taip:

Sudaryli

kietumo bandymo detalės paviršiui schemą.

Įsitikinti,

kad ant pakabos 7 pakabinti parinkto krūvio svarsčiai 8.

remiantis 1.1 lenteles duomenimis (jau atlikta).

Ant

stalelio 4 padėti dėstytojo duotą bandinį.

Atstumasnuo

įspaudo krašto iki bandinio krašto (ar tarp

įspaudų)

turi būti ne mažesnis už antgalio rutuliuko

skersmenį.

Sukant

smagratuką, 3 pagal laikrodžio rodyklę, spausti

bandinį| prie rutuliuko 5 (sukant smagratuką laikrodžio

rodyklės kryptimi) tol. kol bandinys atsirems į atramą.

Paspaudus

mygtuką kairėje stovo pusėje, apačioje). įjungti

prietaisą. Laukti kol prietaisas išsijungs.

Varikliui

išsijungus, sukant smagratuką 3 (prieš laikrodžio

rodyklę). nuleisti stalelį[ ir išimti bandinuką.

Specialiu

mikroskopiniu žiūronu išmatuoti įspaudo

skersmenį (mikroskopo padalos vertė – 0,05 mm.).

Matuojama dviem statmenom kryptim ir išvedamas tų dviejų

matavimų aritmetinis vidurkis, kuris užrašomas į

protokolą. Matavimas kartojamas dardu – tris kartus. Užpildomas

bandymo protokolas.



1.3 lenteles priede, pagal gauto įspaudo skersmenį

nustatyti kietuma HB ir įrašyti i bandymo protokolą.

Dažniausiai
Brinelio metodu bandomas liejinių pavyzdžių
metalurgijos pramonėje arba negrūdintų ruošiniu,
iš kurių bus gaminamos detalės, kietumas.

Kietumo
bandymas Rokvelio metodu

Bandymo
schema nustatant kietumą
Rokvelio metodu parodyta 1.3 pav.

Nustatant
kietumą
Rokvelio metodu kietiems metalams į bandinio paviršiu
įspaudžiamas kūgis (viršūnes kampas 120o
). arba 1,587 mm skersmens grūdinto plieno rutuliukas, bandant
minkštus metalus. Kūgio ir rutuliuko įsmigimo gylis
atskaičiuojamas prietaiso indikatoriaus skalėje
sugraduotoje HR
kietumovienetais.
Kietumo nustatymo principas yra toks:

Apkrovus
antgalį nedidele pradine (100 N) apkrova P0
(žiūrėti 4 paveikslą). gaunama įsmigimo
gylis h0,

o
pridėjus papildomą apkrovą
iki sumines apkrovos p1,
gaunamas
įsmigimo gylish1.
Po to, nuėmus papildomą apkrovą ir palikus tik pradinę
P0
įsmigimo gylis sumažėja ikih2.
Rokvelio kietumo matas yra likusio įsmigimo gylio h2
ir pradinio įsmigimo gylio h0
skirtumas – h
=
h2
h0)
(4pav.).

Pagal
šįkietumo
matą randamas kietumo Rokvelio skaičius.

s_09722b026fe4e5b2_html_m1d15f704.jpg
a)

s_09722b026fe4e5b2_html_m20d14621.jpg
b)
s_09722b026fe4e5b2_html_3d714ce6.jpg
c)

4.
pav.

Medžiagos kietumo nustatymo Rokvelio metodu schema a), pradinė
skalės rodyklių padėtis, rodyklių padėtis
esant pirminei apkrovai

s_09722b026fe4e5b2_html_6ff4c080.gif

(3)

čia
HR – Rokvelio kietumo skaičius;

k
skales
konstanta (kūginiam indenloriui k = 100,

rutuliukui k=
130):

c
indikatoriaus
skales padalos verte (0,002 mm).

Kietumo
bandymas Rokvelio metodu labai našus ir nesugadina gaminio
paviršiaus, nesįspaudas
labai mažas.
Todėl. šis metodas plačiai taikomas mašinų
gamybos produkcijos kokybei tikrinti. Rokvelio prietaiso konstrukcija
panaši kaip ir Brinelio pritaiso.

Kietumo
nustatymo eiga

1.
Bandinys dedamas
ant stalelio.

2.
Rankenėlėmis sukant smagratuką
pagal laikrodžio rodyklę, bandinys priartinamas prie
antgalio (rutuliuko ar kūgio viršūnės).
Bandinio paviršius turi būti šlifuotas, be
didesnių subraižymų. Jei bandinys plokščias
naudojamas plokščias stalelis, jei cilindro formos –
stalelis-prizmė. Smagratuką sukant pagal laikrodžio
rodyklę toliau, tol, kol mažoji rodyklė sutaps su
raudonu taškeliu (4 pav. c) antgalis įsigilina į
bandinį. Taip antgalis apkraunamas pradiniu krūviu.
Pageidautina, kad didžioji rodyklė tuo metu butų
nukreipta vertikaliai aukštyn. Kad butų patogiau
registruoti parodymus skalėje, ties didžiąja rodykle
nustatoma nuline C skalės padala.

3.
Lengvai
pastūmus atlenkti rankenėlę-fiksatorių (kitose
modifikacijose, paspausti įjungimo mygtuką). Taip
atpalaiduojama svirtis, kurios gale pakabinti svarsčiai (600.
400 ir 500 N nominalo) Antgalis (rutuliukas ar kūgis)
apkraunamas bendru (pradiniu ir pagrindiniu) krūviu. Kilos
modifikacijos Rokvelio prietaise vietoje rankenėlės-fiksatoriaus
yra svirtis, kurią paspaudus įjungiama automatinė
apkrovos pavara.

4.
Palaukiama kol didžioji rodyklė
nustos judėjusi.

Pagrindinio
krūvio
veikiamas, rutuliukas (kūgis) sminga į
bandinį. Tuo metu didžioji rodyklė sukasi prieš
laikrodžio rodyklę. Pagrindinio krūvio judėjimo
laikas – 5 . 7 s. Lėtą ir tolygų krūvio
perdavimą užtikrina alyvos amortizatorius (kitoje
modifikacijoje – pavaros kumštelis).

5.
Rankenėlei
atsirėmus į atramą, didžioji rodyklė
sustoja. Gražinus
rankenėlę i pradinę padėtį, pagrindinis
krūvis nuimamas, paliekamas tik paruošiamasis. Tuo
metu didžioji rodyklė pasisuka pagal laikrodžio
rodyklę ir sustojusi parodo kietumą Rokvelio vienetais.

Atliekant
kietumo bandymą
rutuliuku, metalo kietumas nustatomas raudonoje skalėje (B) ir
žymimas HRB; bandant kūgiu – kietumas atskaitomas juodoje
(C) skalėje ir žymimas HRC.

6.
Baigus matavimą ir užrašius prietaiso parodymus.
smagratukas pasukamas priės laikrodžio rodykle. Stalelis
nuleidžiamas ir atpalaiduojamas bandinys. Bandymas pakartojamas
tris kartus. Atstumas tarp įspaudų turi buti ne mažesnis
kaip 2,5 mm bandant kūgiu ir – 4 mm bandant rutuliuku, kad buvęs
įspaudimas ne įtakotų bandymo rezultatų.

7.Bandymo
rezultatai registruojami bandymo protokole.Rokvelio
kietumo
vienetaipervedami
į Brineliovienetus
naudojantis 1.2 lentele (priede). Indentoriaus ir apkrovos parenkami
naudojantis 1.2 lentele.

1.2
lentelė.
Indentoriaus formos ir krūvio parinkimo lentelė bandant
kietumą Rokvelio būdu

Apytikris

Brinelio
kietumas,

HB; (arba metalo rūšis)

Skalė

Indentorius

Bendra apkrova

N

Rokvelio

kietumo žymėjimas

230.700

(juodieji

metalai)

c

Kūgis

(120°kampas)

1500

HRC

60 . 230

spalvotieji

metalai ir jų lydiniai; atkaitintas plienas

B

Rutuliukas

(1,587mm

skersmens)

1000

HRB

Virs 700

(kietlydiniai. metalokeramika)

A

Kūgis

(120°kampas)

600

HRA

Polimerinių

medžiagų (plastmasių) kietumo

mariavimui

M

Rutuliukas

(6,350

mm skersmens)

980,7

HRM

Kietumo
bandymas Vikerso metodu

Nustatant

metalų ir jų lydinių kietumą Vikerso
metodu
į paviršių įspaudžiama keturbriaunė
deimantinė piramidė (viršūnės kampas – 136
0).
Žinant apkrovos dydį apskaičiuojamas kietumas
HV:

s_09722b026fe4e5b2_html_m4b44da33.gif
kG/mm2;

(4)

čia
F
piramidės apkrova kG; d

vidutinis aritmetinis atspaudo įstrižainių vidurkis
mm.

Vikerso
kietmačio konstrukcija ir veikimo principas

Prietaiso
veikiančio
Vikerso metodu, schema labai panaši į
kitas (3 pav.). Kadangi naudojamos mažesnės apkrovos (5,
50, 100 N). gaunamas labai mažas įspaudas. Todėl
papildomai naudojamas mikroskopas su mikrometu (5 pav.).

s_09722b026fe4e5b2_html_m5f60d990.jpgs_09722b026fe4e5b2_html_33af2ae8.gifs_09722b026fe4e5b2_html_mbbb39a8.jpg

a)

b)

5
Pav.

Vikerso prietaiso mikrometras: 1 – mikrometro optinės skalės
reguliatorius; 2 – punktyrinio brūkšnio reguliatorius; 3
– mikrometrinis sraigtas, okuliaras: b) įspaudo matavimo schema

Svarbiausia
prietaiso
dalis taip pat yra pasukama kombinuota matavimo galvute (kaip ir 3
pav.). Joje įmontuotas antgalis su piramide (įspaudui
padaryti) ir optinis mikroskopas (įspaudo dydžiui matuoti).
Bandinys dedamas ant stalelio. Stalelio viršus keičiamas
priklausomai nuo bandinio formos. Smagračio pagalba stalelis
keliamas (nuleidžiamas) tol kol bandinys atsiremia i atramą.
Prieš paleidžiant prietaisą reikia žinoti
apkrovos dydį. Prietaisas paleidžiamas rankena paspaudus
svirtį po smagračiu. Prietaisas automatiškai uždeda
ir nuima apkrovą nuoantgalio.
Kai svirtis pasiekia viršutinę padėtį (sustoja)
ją reikia vėl nulenkti žemyn iki galo (užsifiksuoja).
Bandymas baigtas.

Stalelis
nuleidžiamas sukant smagratį prieš laikrodžio
rodyklę, tada pasukamasis įtaisas atsukamas taip. kad ties
įspaudu būtų mikroskopo objektyvas. Žiūrint
pro mikroskopo okuliarą stalelis leidžiamas (arba keliamas)
tol kol išryškėja metalo paviršiaus vaizdas
su padarytu įspaudu.

Mikroskopo
okuliare (optiniame mikrometre) yra dvi ilgesnės juosteles –
kairioji ir dešinioji (5 pav. b). Matuojant įspaudo
įstrižainių ilgį sraigtu 3 sutapdiname vientisas
juosteles. Mikrometrinio sraigto skalė turi būti ties “0”
padala. Tada sraigtu 1 juosteles pastatome ties įspaudo kairiojo
kampo viršūne (kuo tiksliau). Sukdami mikrometro sraigtą
3 vieną iš juostelių pastatome ties dešiniu
įspaudo kampu. Viršutinėje okuliaro dalyje įbrėžta
liniuotė. Įspaudo dydis nustatomas naudojantis šia
liniuote ir
mikrometriniu sraigtu. Pavyzdžiui 5 pav. b, įspaudo
įstrižainės ilgis yra 0,45 mm. Mikrometrinio sraigto
padalos vertė yra 2,5 m
kai objektyvo didinimasyra
3,7x.
Kai objektyvo didinimas 10x,
mikrometro sraigto padalos vertė bus 1 m
(0.001 mm), o liniuotės padalos vertė – 100 m
(0,1 mm), gauti duomenys surašomi į
lentelę. Paprastai atliekami 3 . 5 vieno bandinio matavimai,
Atstumas tarp įspaudų turi buti ne mažesnis kaip
2.5jau esančio įspaudo ilgio.

Matuojant
Vikerso metodu
krūviai parenkami atsižvelgiant į bandinio storį
arba sustiprinto sluoksnio (dangos) storį.

Kietumo
nustatymo eiga

1.
Uždėtibandinį
ant stalelio

2.
Pakelti stalelį kol atsirems į atramą

2.

3.

3.
Paleisti
prietaiso mechanizmą. Trumpai spustelti rankenėlę 1.

4.
Pakilus ir sustojus svirčiai 2 Ją vėl gražinti į
pradinę padėtį.

5.
Nuleisti staleli tiek, kad galima butu atsukti
mikroskopo objektyvą virš bandinio

6.
Išmatuoti įspaudo dydį.
Iš lentelės (priedas) pagal gautą įspaudo dydį
parinkti kietumo
HV

reikšmę.

7.
Bandymą pakartoti 3 kartus. Duomenis įrašyti į
bandymų protokolą.

Nustatant
metalų kietumą
Vikerso prietaisu gali buti naudojamas ir plieninis rutuliukas.

Metalu
kietumo, nustatyto įvairiais
metodais suderinimo lentelės pateiktos priede.

Kietumo
bandymas Šoro metodu

Kietumo
nustatymas Šoro metodu skiriasi nuo jau minėtų
statinio kietumo matavimo būdų – kietumas matuojamas
dinamiškai ne pagal padaryto įspaudo dydį, o pagal
atšokimo aukštį. Šoro metodu bandymas
atliekamas taip: žinomos medžiagos, žinomo svorio
plieninis rutuliukas yra metamas iš žinomo aukščio
h1
ir fiksuojamas jo atšokimo nuo bandomo paviršiaus
aukštis h2
(6 pav.).

Kuo
medžiaga minkštesnė, tuo didesnė jos plastinė
deformacija. Deformuojantis bandomai medžiagai gesinama
rutuliuko kinetinė energija ir jis mažiau atšoka nuo
paviršiaus. Panašiai kaip kamuolys, pvz.: nuo čiužinio
ir nuo medinių grindų. Dažniausiai jį sudaro
automatinis mušiklio metimo vamzdelis – matavimo įrankis.
mini-kompiuteris su spausdintuvu. maitinimo blokas (ir baterijos).
Matuojant bandinio kietumą naudojamas prietaisas užtaisomas,
stabiliai prispaudžiamas prie bandinio paviršiaus ir
paspaudus prietaiso mygtuką daužiklis paleidžiamas.

Minikompiuterio
ekrane parodomas kietumo skaičius. Patogu tai, kad naudojant šį
prietaisą galime pasirinkti kokiais vienetais gauti kietumą
HB, HV, HRC ar pan. Tam reikia paspausti mygtuką H. Jei
matuojant ekrane pasirodo klaidos ženklas E,
tai reiškia, kad pasirinkta kietumo vienetai netinka to metalo
kietumui matuoti. Reikia pasirinkti kitus vienetus. Paspaudus mygtuką

galime iškarto gauti metalo stiprumo reikšmę.
Atlikę keletą matavimų galime gauti jų vidutinę
reikšmę. Tam reikia paspausti mygtuką ENTER-AVERAGEvieną
kartą. Paspaudusšį
mygtukądukart
ištrinamos buvusios reikšmės ir galima matuoti
kitą bandinį.

Šoro
metodu, galima matuoti plastikų, metalų, mineralų,
dažų kietumą,
ypač tais atvejais kai negalime palikti įspaudimo žymių
paviršiuose. Atskiroms medžiagų grupėms matuoti
yra pritaikyti skirtingi indentoriai, kurie paprastai žymimi
kodine raide.

Kaip
ir kitu kietumo bandymų metu, gautos reikšmės
matuojant kietumą
Šoro metodu (HSD) surašomosį
bandymu
protokolą.

s_09722b026fe4e5b2_html_69d11ba.jpg

6
pav.

Šoro prietaiso principinė schema:

Brinelio,
Rokvelio, Vikerso ir Šoro prietaisų p
atikra

Vienokios
yra
kitokios konstrukcijos kietumo bandymų prietaisai yra sudėtingi
mechanizmai, kuriems reikalinga nuolatinė priežiūra,
eksploatacijos kultūrair
patikra. Kiekvienas tikslus prietaisas gali išsiderinti.

Kietumo
bandymų prietaisai tikrinami naudojant kontrolines plokšteles.
Tai plieninės plokštelės, kurių kietumas yra
jau žinomas. Ant plokštelių skirtų Brinelio
prietaisui tikrinti yra nurodytas plokštelės kietumas HB
ir kokiai apkrovai esant, kokio skersmens rutuliuką naudojant
turi buti atliktas patikrinimas. Rokvelio prietaisui tikrinti
plokštelės pažymėtos kietumo skaičiumi ir
užrašais HRA, HRB ar HRC. Tikslumas tikrinamas kiekvienai
skalei atskirai. priklausomaikuri
skalė naudojama.Ant
Vikerso prietaiso patikros kontrolinės plokštelės
užrašytas kietumasHV
ir koki krūvį reikia
naudotitikrinant.
Šoro
metodui –
ant plokštelės
rašomas kietumas Šoro vienetais. Kietumo
ir stiprumo ryšio nustatymas.

Naudojant
(spaudimo metodus
galima nustatytine
tik kietuma bet ir medžiagų mažų tūrių
mechaninį atsparumą, panašiai kaip gniuždant,
tempiant ar sukant. Geriausiai mechanines savybes atspindi medžiagų
deformacijos diagramos. Analogiškos diagramos gaunamos
kontaktinio gniuždymo ar kietumo bandymais, Tokiu būdu,
negaminant, neišbandant ir nesuardant tiriamos medžiagos
bandiniu, tam tikru tikslumu nustatyti jos pagrindines mechanines
charakteristikas.

Įtempių
ir deformacijos (
– )
kreives, esant linijiniam tempimui ar gniuždymui, išreiškiamos
lygtimis:

s_09722b026fe4e5b2_html_m1b614b5.gif (5)

Čia
E

tamprumo modulis; y
– takumo riba; K

stiprėjimo koeficientas; n

sukietinimo rodiklis (eksponentė); Naudojant Vikerso indentorių,
nustatyta, kad metalų y
=
0.08 iR santykis tarp Vikerso kietumo HV
ir tekėjimo įlempių y
yra lygus 3.

Šiuolaikiniais
kietumo matavimo aparatais (nepriklausomai nuo matavimo būdo)
atlikti matavimus, gauti duomenis ir juos apdoroti galima daug
greičiau ir tiksliau. Savo konstrukcija ir veikimo principu jie
mažai kuo skiriasi nuo anksčiau paminėtų, tik kad
bandymai ir duomenų apdorojimas kontroliuojami kompiuterio.

Šiuolaikinių
kompiuterizuotų, galinčių veikti automatinu režimu,
kietmačių bei gautų rezultatų grafikai ir
pateikiami šio darbo prieduose. Taip pat prieduose pateikiamos
įvairiais metodais gauto kietumo reikšmių palyginimo
lentelės.

Savikontrolės
klausimai ruošiantis ginti darbą

Kokios yra

mechaninės medžiagų savybės?

Leave a Comment