1 LABORATORINIS DARBAS
1LABORATORINISDARBAS
MEDŽIAGŲKIETUMAS BEI SĄSAJŲ TARP MEDŽIAGŲ KIETUMO IR KITŲMECHANINIŲ SAVYBIŲ NUSTATYMAS
Darbotikslas:
Išanalizuotiryšį tarp kietumoir kitų mechaninių savybių. Išmoktisavarankiškai išmatuoti metalų kietumąBrinelio, Rokvelio, VikersoirŠoro metodais.
Šiuometu 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 augalųgentis. Ilgametės, rečiau vienmetės žolės irpuskrūmiai (> 500 rūšių). Todėlautoriai pasilieka prie įprastos sąvokos –„kietumas“.
Darboužduotis:
1.Susipažintiirįsisavinti stiprumo, kietumo, tamprumo, plastiškumo,tąsumo ir trapumo sąvokas, kietumo nustatymo principus.
2.Išmokti naudotis Brinelio. Rokvelio, Vikerso bei Šoroprietaisais, matuojant duotos medžiagoskietumą. Išmoktitaikyti detalių kietumo kontrolės schemas priklausomai nuodetalės formos.
3.Išmoktinaudotis įvairiais metodais nustatytu kietumo skaičiųpalyginimolentelėmis, suvokti matavimo patikimumoprincipus;
4.Įsisavinti medžiagų stiprumo bandymometodą tempiant;
5.Išmokti apibūdinti sąsajastarpkietumo irkitų mechaninių savybių;
6.Paruošti nustatytosformosataskaitą (pavyzdyspriedeNr. 1).
Įžanga
Medžiagųmechaninės savybės ir jų charakteristikos
Medžiagųsavybės priešintis jas ardančiam jėgųpoveikiui vadinamos mechaniniu atsparumu. Fizinės medžiagųsavybės, apibudinančios medžiagų atsparumą,vadinamos mechaninėmis medžiagų savybėmis.Bandymai, kuriais nustatomas mechaninis atsparumas, vadinamimechaniniais medžiagų bandymais ir jie atliekami specialiaįranga, medžiagų atsparumo. medžiagotyros irkitose laboratorijose. Dažnai skaičiavimuose medžiagųsavybės supaprastinamos. Visos medžiagos, nežiūrintjų mikrostruktūros ypatumų, laikomos vienalytėmisir vientisomis- (materialiomis terpėmis). Tačiau metalaiyra polikristalinės (nevienalytės) medžiagos, t.y. jųstruktūra sudaryta iš daugelio chaotiškai vienaskito atžvilgiu orientuotų (pasisukusių) dalelių,vadinamų kristalitais. Paprastumo dėlei priimama. kadmedžiaga tolydžiai užpildo visą konstrukcijostūrį. Todėl vientisai materialiai terpei galimataikyti nykstamų dydžių analizę. Atskiras metalogrūdelis yra anizotropinis. Kai kūno tūryje yradaugybė chaotiškai išsidėsčiusiųkristalitų , tai medžiagą galima laikyti izotropine.Tyrimo (skaičiavimo) metu, dažniausiai priimame, kadmetalai 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 matmenųir formos kitimas. Yra dvi deformacijos rūsys: tamprioji irplastinė. Tamprioji(grįžtamoji) – tokia deformacija, kai jėgoms veikiant,gaminio matmenys ir forma pasikeičia, tačiau joms nustojusveikti, deformacija išnyksta, t.y. gaminys atgauna pirmykščiusmatmenis bei formą. Plastinė(liekamoji) deformacija tokia, kai jėgoms nustojus veikti,matmenys ir forma lieka pakitę. Su deformacijos sąvokasusijusios mechaninės metalų ir kitu konstrukciniųmedžiagų charakteristikos.
Stiprumas–išorinių jėgų veikiamos medžiagosgebėjimas priešintis deformavimui nesuyrant.
Konstrukcinisstiprumas–medžiagos stiprumas konkrečiame konstrukciniame elemente,t.y. kai yra apibrėžti gaminio matmenys. forma ir tam tikraapkrova. Konstrukcinį stiprumą nusako medžiagosstipruminiai rodikliai, taip pat gaminio patikimumas irilgaamžiškumas. Abi pagrindinės statinio stiprumocharakteristikos RmirRP0,2–randamas specialiais, pakankamai brangiais bandymais, todėlapytiksliai jas galima apskaičiuoti įspaudimo metodu pagalnustatytą medžiagos kietumą, apytiksliai Rm=HB/3, HB čia – Brinelio metodu nustatytas kietumas.
Kaikurie,ypač didelių matmenų. gaminiai (staklių stovai,reduktorių korpusai arba robotų stovai)turiišlaikyti tiksliusmatmenis, todėl svarbi yra medžiagųstandumocharakteristika – pasipriešinimas tampriai – plastinėmsdeformacijoms. Jas apibūdina medžiagos tamprumomodulisE(Jungoarbašlyties modulis) ir Puasono koeficientas .
Lenkiamosearba sukamose detalėse įtempiaipasiskirsto netolygiai: ašinėje dalyje jie minimalus, opaviršiuose – maksimalūs.Taiypač svarbu,kai apkrova ciklinė, nes nuovarginiai įtrūkimaiprasideda paviršiuje.
Paviršiniųsluoksnių savybės dažniausiai keičiamos tada, kaireikia padidinti gaminio kietumą ir atsparumą dilimui arbapadidinti jo atsparumą agresyviai aplinkai, t.y. korozijai beioksidacijai aukštoje temperatūroje. Taikomi įvairūstermocheminio apdirbimo metodai – cementavimas, azotavimas,karbonitravimas ir kt.
Standumas–išorinių jėgų veikiamo gaminio geba išlaikytimatmenis deformacijų ribose;
Tamprumas–medžiagos geba atgauti pirmykščius matmenis irformą, kai pašalinama apkrova:
Plastiškumas–medžiagos geba deformuotis nesuyrant, kai veikia apkrova irišlaikyti pakitusią forma, kai apkrova pašalinama;
Trapumas– medžiagos savybė suirti nesusidarant pastebimomsplastinėms deformacijoms.
Tąsumas–medžiagos geba priešintis susidariusio plyšioplėtimuisi. Reikia skirti tąsumą nuo plastiškumo.Smūginistąsumas– geba priešintis suirimui veikiant smūginei apkrovai,t.y. staiga didėjančiai apkrovai.
Kietumas–medžiagos geba priešintis kito kietesnio kūno(indcntoriaus) įspaudimui ar įrėžimui ir nesuirtilokaliame deformuotame tūryje.
Valkšnumas–medžiagos geba deformuotis plastiškai, veikiant pastovausdydžio ilgalaikėms apkrovoms arba įtempiams;
Relaksacija–įtempių mažėjimas, esant pastoviai pradineideformacijai, Medžiagųvalkšnumoir relaksacinėssavybės gali buti apibudinamos valkšnumo ir įlempimųrelaksacijos ribomis.
Pagrindinėmechaninių bandymųdiagrama yra tempimo diagrama, t.y. ryšys tarp jėgos P irpailgėjimo larba išvestinių įtempimų ir deformacijų .
Įvairiųmedžiagųtempimo diagramos gali buti skirtingos. Plastiško plienotempimo diagrama parodyta paveiksle. Čia pavaizduotoje kreivėje(pav. 1 ) galima išskirti kelis būdingus taškus iškurių pagrindiniai yra C irD.
1pav.Mažaanglio plieno tempimo diagrama: (kairėje) ir įvairiųmedžiagų tempimo diagramos (dešinėje): čiaa – plastiškų medžiagų su ryškiatakumo riba, b – plastiškų medžiagų, c – trapiųmedžiagų. d – gumos tipo medžiagų
TaškeC,pasiekus apkrovąPTbandinys pradeda ilgėti apkrovai beveik nesikeičiant.ApkrovąPyatitinkantis įtempis vadinamas takumo riba – Rp(t)=pT/fo.
Kaikurių rūšių plieno takumo riba neryški,todėljipakeičiamasąlygine takumo riba – Rp0,2(0,2).Taiįtempis, kai susidaro 0,2 % liekamoji deformacija, kartaisžymimas raidėmis 0,2.
TaškeD, PU–maksimali bandinio tempimo apkrova. Toliau bandinys ilgėjamažėjant apkrovai,nesvietoj tolygios deformacijos per visą skaičiuojamąjįbandinio ilgį, atsiranda vietinė deformacija – susidarokakliukas, t.y. ilgėja ir plonėja viena bandinio dalis. Šiąapkrovą atitinkantis įtempimas vadinamas stiprumo riba –RmU) = PU/Fo,kartais žymimas raidėmis U.
Įvairauspradinio ilgio bandinių absoliutinės deformacijos reikšmės,esant vienodai apkrovai, nevienodos. Todėl paprastai taikomasantykinėsdeformacijos reikšmė –tai absoliutines deformacijoslir bandinio pirminioskaičiuojamojo ilgio l0santykis (=l/l0).
Pradinėtempimo diagramosdalisyra tiesinė: deformacija tiesiogproporcingaįlempimui.Taiišreiškiama Huko dėsniu = E
čiaE–proporcingumo koeficientas, vadinamastamprumomoduliu(Jungo moduliu). Tai svarbi konstrukcinės medžiagoskonstanta. Ji nusako medžiagos standumą ir parodo jos gebąpriešintis tampriajai deformacijai. Iš formulės
E = / matome, kad tamprumo modulis lygus įtempiams,jei = 1.Taibustokiuatveju, jei deformuojant =l/l0= 1.Pailgėjimas lbus lygus pradiniam ilgiui l0.
Plienotamprumo 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 nuostruktūros, mažai keičiasi ir apdirbus metalątermiškai.
Tempiant,plastinės deformacijos atsiranda tada, kai apkrova tampa didesnėuž tamprumo ribą. Toliau tempiant, apkrova vis didėja,nes dėlplastinės deformacijos metalas kietėja – labiau priešinasideformavimui (pav. 1, a.).
Sukietintųmedžiagųstiprumo riba sutampa su takumo riba. Skirtingų konstrukciniųmedžiagų tempimo diagramos yra skirtingos. Kai kuriųmedžiagų tempimo diagramų schemos pateikiamos 1paveiksle b.
Medžiagosplastiškumą nusako dvi ištempimo diagramos gaunamos charakteristikos:
Santykinispailgėjimasirsantykinis susitraukimas .Abi jos išreiškiamos procentais. Santykinis pailgėjimas– tai bandinio ilgio nutrūkstant l1ir pradinio ilgio l0skirtumo (pailgėjimo) santykis su pradiniu ilgiu.
Santykinissusitraukimas–tai bandinio pradinio skerspjūvio ploto F0bei skerspjūvio ploto F1toje vietoje, kursusidaro kakliukas ir bandinys suyra, skirtumo ir pradinioskerspjūvio ploto F0,santykis.
Abišios trapiųmedžiagų charakteristikos yra artimos nuliui, o plastiškųmedžiagų – gali siekti keliasdešimt procentų.Santykinis susitraukimas yra tikslesnė plastiškumocharakteristika ir visuomet > .
Atliekantkonstrukcinius skaičiavimus, svarbiausios standartinėsmedžiagos stiprumo charakteristikosyratempimostiprumo riba Rm(trapiųmedžiagų) ir takumo riba RparbaRp0,2
(plastiškų medžiagų). Tačiau šiosreikšmės yra ribinės. Leistiniejiįtempimai– įtempiai, kurių daug neviršijus,konstrukcija gali dirbti saugiai, su tam tikra atsarga (adl.).Leistinieji įtempiai yra žymiai mažesni užribinius: plastiškoms medžiagoms adm= Rp0.2,trapioms – adl=Rm/2.4.
Žinantlydinio kietumą,galima spręsti apie metalo apdirbamumą pjovimu ar plastiniudeformavimu, numatyti detalių atsparumą dilimui.
Kietumasnėra atskira medžiagos fizinė konstanta (pvz., kaipmedžiagos lyginamasis svoris,tankisirpan.).Tai atitinkama forma išreikštas medžiagosmechaninis atsparumas, atitinkantis tam tikrą deformacijosirįtempiųbūvį, panašiai kaip atsparumas tempimui, gniuždymui,sukimui ar pan. Kietumas yra svarbiausias įrankinių plienųmechaninis rodiklis, nes praktiškai nusako atsparumąkontaktiniams įtempimams įrankio darbinėje briaunojeir yra bendrinis medžiagų stiprumo sąvokos analogas.Medžiagos kietumo matavimas technikoje turi didelę reikšmę,nes iš kietumo duomenų galima apytikriai nustatytipagrindines mechanines medžiagų savybes (Rm,Rp0,2,,).Bandymas atliekamas labai greitai. be to. nereikia specialiųbandinių. Bandymą galima atlikti nesuardant detalės.Ypač svarbių duomenų iš kietumo bandymųgauna konstruktorius, parinkdamas atskirų mazgų detaliųmedžiagas.
Kietumobandymainuo kitų medžiagų mechaninių savybių bandymųskiriasi tuo, kad juos atliekant deformuojamas ne visas bandinioturis, o tik nedidelė jo dalis. Kietumas nustatomas pastoviajėga ir greičiu spaudžiant įbandomojo metalo paviršių atitinkamos formos antgalį.Priklausomai nuo matavimo būdo – rutuliuką, kūgįar keturbriaunę piramidę. Iš indentoriumi padarytoįspaudo matmenų galima spręsti apie medžiagoskietumą. Kuo metalas kietesnis, veikiant tai pačiai jėgaiindentorius padarys mažesnį įspaudą iratvirkščiai, kuo metalas minkštesnis, tuo įspaudoskersmuo ar gylis bandinio paviršiuje bus didesni.
Medžiagųkietumo sąvoka.
Taipjau istoriškai susiklostė, kad kietumas (HB, HV. ir kt.)yra išreiškiami masės dimensija kG/mm2.Todėl darbe laikomasi šios dimensijos bei naujosios SIsistemos. 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 jųpalyginimo lentelės. Kietumas žymimas raide “H“.Po raides Heinantys simboliai, raidės ar skaičiai žymi būdopavadinimą, naudojamos apkrovos dydį ir pan. Pavyzdžiui,žymėjimas 230HBreiškia kietumo dydį, nustatytą Brinelio metodu, 232HV– Vikerso. 60HRC– kietumą nustatytą Rokvelio metodu, naudojant kūgį(naudojant C skalę, 1500 N apkrova), o 50 HRB–naudojant rutuliuką ( Bskalė, 1000 N apkrova). 40HRA– bandymas atliktas kūgiu (naudojant skalę A, 600 N apkrova). Taikant Vikerso metodą išmatuotas mikrokietumasžymimas H,arba 5500H50–mikrokietumas gautas matuojant 50 g apkrova.
Dažniausiaimikrokietumo matavimo būdas naudojamas labai plonoms dangoms arnet metalo grūdelių(atskirųfazių)kietumui nustatyti. Bendruoju atveju kietumo skaičiaiišreiškiami įtempimų dimensija – MPa.
Nors,įvairiais matavimo metodais nustatyta kietumoskaitinė reikšmė gali būti tokia pati, kietumasnebus vienodas.Praktikoje jas tenka dažnai lyginti. Šiam tikslui yrasudarytos specialios lentelės (priedas Nr. 2).
Metalųkietumomatavimo būdai
Metalųkietumobandymas Brinelio metodu
Nustatantkietumą Brinelio metodu, į tiriamą medžiagąįspaudžiamas grūdinto plieno rutuliukas(2. pav.).
2pav.Kietumo nustatymo Brinelio metodu schema:
D–rutuliuko skersmuo; d–įspaudo skersmuo; P–apkrova
Spaudimojėga Firįspaudo sferinio paviršiaus ploto Ssantykis charakterizuoja metalo kietumą Brinelio vienetais(HB).
,kG/mm2 (1kG = 10MPa) (1)
įspaudosferinio paviršiaus plotas S= Dh.
Brinelioįrenginiokonstrukcija ir veikimas
Prietaisokietumui matuoti įspaudimo būdu bendroji schema parodyta3 paveiksle.
3pav.Prietaiso skirto kietumui matuoti schema:
1– vaizdofokusavimo sistema; 2 – duomenų; ekranas (skalė,minikompiuteris): 3 -įspaudimoįrenginys;
4– specialios formos antgalis įspaudui padarytiir keičiamas objektyvas: 5 – bandinys: 6 – įveržimosraigtas su sukračiu; 7 – sraigto kreipiančioji: 8 –pradinės apkrovos mechanizmas (tik Rokvelio prietaise): 9-apkrovos svirtis; 10 – mikroskopo apšvietimosistema: 11 – apkrovos pasirinkimo svirtys;12 – apkrovos mechanizmo paleidimo svirtis.
Bandinys5 padedamas ant stalelio, esančiosraigto 6 viršuje. įspaudimo įrenginyje 3 yrapasukama dalis. Ji pasukama taip, kad ties bandiniu butųįspaudimo antgalis. Tada, sukant smagratuką pagallaikrodžio rodyklę, sraigtas pakelia stalelįirprispaudžiabandinį| prie antgalio. Kai kuriuose prietaisuose būnaspeciali atrama – eigos ribotuvas. Tada smagratuką sukamas tol.kol bandinys atsiremia į atramą. Paspaudus svirtį 12įjungiamas apkrovos mechanizmas. Tuo metu svarmenys per svirtį9 spaudžia indentorių į bandinio paviršių.Paprastai apkrova veikia tam tikrą, nustatytą laiko tarpą.Po to krūvis nuo antgalio nuimamas. Svirtis 12 pastatoma įpradinę padėti. Stalelis kiek nuleidžiamas žemyn.Atsukamas įrenginio 3 mikroskopas ir išmatuojamas įspaudoplotis (skersmuo) ar gylis. Įspaudo vaizdas matomas fokusavimosistemos 1 ekrane. Visų kietumo matavimo įspaudimo būduprietaisų schemos labai panašios, išskyrusnaudojamus indentorius.
Rutuliukoskersmens ir krūvioparinkimas matuojant Brinelio prietaisu
Rutuliukoskersmuo 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 skersmensrutuliukas. Nuo 6 iki 3 mm storio bandiniams – rutuliuko skersmuo 5mm;plonesniems kaip 3 mm bandiniams ~ 2,5 mm. Labai ploniems bandiniamsgali buti naudojami 2 ir 1 mm skersmens rutuliukai. Jei bandant labaimažo storio bandinius. negalime parinki mažo skersmensrutuliukų, galima sudėti tiek bandinių, kad gautumetinkamo storio rinkinį. Rutuliuko apkrova nustatoma proporcingairutuliuko skersmeniui:
P=KD2M
(2)
FormulėjeK–koeficientas paklausantis nuo bandomojo metalo spėjamokietumo:plienui ir ketui K =300; vario lydiniams K= 100; aliuminiui K= 25. Pasirinkti rutuliuko skersmenį ir svorius patogiaunaudojantis lentele 1.1:
1lentelė.Rutuliukoskersmens ir krūvio parinkimolentelėBrineliometodui
|
Medžiaga
|
Spėjamas kietumas, HB
|
Bandomos medžiagos 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
|
Brineliopresoparuošimas ir kietumo bandymai
Bandiniopaviršius, kuriame bus daromas įspaudas, nulyginamasdilde arba šlifavimo disku. Šlifavimo
melubandinio temperatūraneturi viršyti 150 oCtemperatūros. Toks paviršiaus paruosimas reikalingastaisyklingam ir gerai matomam įspaudui gauti.
Kietumobandymas 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.
Iš 1.3 lenteles priede, pagal gauto įspaudo skersmenį nustatyti kietuma HB ir įrašyti i bandymo protokolą.
DažniausiaiBrinelio metodu bandomas liejinių pavyzdžiųmetalurgijos pramonėje arba negrūdintų ruošiniu,iš kurių bus gaminamos detalės, kietumas.
Kietumobandymas Rokvelio metodu
Bandymoschema nustatant kietumąRokvelio metodu parodyta 1.3 pav.
NustatantkietumąRokvelio metodu kietiems metalams į bandinio paviršiuįspaudžiamas kūgis (viršūnes kampas 120o). arba 1,587 mm skersmens grūdinto plieno rutuliukas, bandantminkštus metalus. Kūgio ir rutuliuko įsmigimo gylisatskaičiuojamas prietaiso indikatoriaus skalėjesugraduotoje HRkietumovienetais.Kietumo nustatymo principas yra toks:
Apkrovusantgalį nedidele pradine (100 N) apkrova P0(žiūrėti 4 paveikslą). gaunama įsmigimogylis h0,
opridėjus papildomą apkrovąiki sumines apkrovos p1,gaunamasįsmigimo gylish1.Po to, nuėmus papildomą apkrovą ir palikus tik pradinęP0įsmigimo gylis sumažėja ikih2.Rokvelio kietumo matas yra likusio įsmigimo gylio h2ir pradinio įsmigimo gylio h0skirtumas – h=h2– h0)(4pav.).
Pagalšįkietumomatą randamas kietumo Rokvelio skaičius.
a)
b)
c)
4.pav.Medžiagos kietumo nustatymo Rokvelio metodu schema a), pradinėskalės rodyklių padėtis, rodyklių padėtisesant pirminei apkrovai
(3)
čiaHR – Rokvelio kietumo skaičius;
k–skaleskonstanta (kūginiam indenloriui k = 100, rutuliukui k=130):
c–indikatoriausskales padalos verte (0,002 mm).
Kietumobandymas Rokvelio metodu labai našus ir nesugadina gaminiopaviršiaus, nesįspaudaslabai mažas.Todėl. šis metodas plačiai taikomas mašinųgamybos produkcijos kokybei tikrinti. Rokvelio prietaiso konstrukcijapanaši kaip ir Brinelio pritaiso.
Kietumonustatymo eiga
1.Bandinys dedamasant stalelio.
2.Rankenėlėmis sukant smagratukąpagal laikrodžio rodyklę, bandinys priartinamas prieantgalio (rutuliuko ar kūgio viršūnės).Bandinio paviršius turi būti šlifuotas, bedidesnių subraižymų. Jei bandinys plokščiasnaudojamas plokščias stalelis, jei cilindro formos –stalelis-prizmė. Smagratuką sukant pagal laikrodžiorodyklę toliau, tol, kol mažoji rodyklė sutaps suraudonu taškeliu (4 pav. c) antgalis įsigilina įbandinį. Taip antgalis apkraunamas pradiniu krūviu.Pageidautina, kad didžioji rodyklė tuo metu butųnukreipta vertikaliai aukštyn. Kad butų patogiauregistruoti parodymus skalėje, ties didžiąja rodyklenustatoma nuline C skalės padala.
3.Lengvaipastūmus atlenkti rankenėlę-fiksatorių (kitosemodifikacijose, paspausti įjungimo mygtuką). Taipatpalaiduojama svirtis, kurios gale pakabinti svarsčiai (600.400 ir 500 N nominalo) Antgalis (rutuliukas ar kūgis)apkraunamas bendru (pradiniu ir pagrindiniu) krūviu. Kilosmodifikacijos Rokvelio prietaise vietoje rankenėlės-fiksatoriausyra svirtis, kurią paspaudus įjungiama automatinė
apkrovos pavara.
4.Palaukiama kol didžioji rodyklėnustos judėjusi.
Pagrindiniokrūvioveikiamas, rutuliukas (kūgis) sminga įbandinį. Tuo metu didžioji rodyklė sukasi priešlaikrodžio rodyklę. Pagrindinio krūvio judėjimolaikas – 5 … 7 s. Lėtą ir tolygų krūvioperdavimą užtikrina alyvos amortizatorius (kitojemodifikacijoje – pavaros kumštelis).
5.Rankenėleiatsirėmus į atramą, didžioji rodyklėsustoja. Gražinusrankenėlę i pradinę padėtį, pagrindiniskrūvis nuimamas, paliekamas tik paruošiamasis. Tuometu didžioji rodyklė pasisuka pagal laikrodžiorodyklę ir sustojusi parodo kietumą Rokvelio vienetais.
Atliekantkietumo bandymąrutuliuku, metalo kietumas nustatomas raudonoje skalėje (B) iržymimas HRB; bandant kūgiu – kietumas atskaitomas juodoje(C) skalėje ir žymimas HRC.
6.Baigus matavimą ir užrašius prietaiso parodymus.smagratukas pasukamas priės laikrodžio rodykle. Stalelisnuleidžiamas ir atpalaiduojamas bandinys. Bandymas pakartojamastris kartus. Atstumas tarp įspaudų turi buti ne mažesniskaip 2,5 mm bandant kūgiu ir – 4 mm bandant rutuliuku, kad buvęsįspaudimas ne įtakotų bandymo rezultatų.
7.Bandymorezultatai registruojami bandymo protokole.Rokveliokietumovienetaipervedamiį Brineliovienetusnaudojantis 1.2 lentele (priede). Indentoriaus ir apkrovos parenkaminaudojantis 1.2 lentele.
1.2lentelė.Indentoriaus formos ir krūvio parinkimo lentelė bandantkietumą 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
|
Kietumobandymas Vikerso metodu
Nustatant metalų ir jų lydinių kietumą Vikersometoduį paviršių įspaudžiama keturbriaunėdeimantinė piramidė (viršūnės kampas – 1360).Žinant apkrovos dydį apskaičiuojamas kietumasHV:
kG/mm2; (4)
čiaF–piramidės apkrova kG; d–vidutinis aritmetinis atspaudo įstrižainių vidurkismm.
Vikersokietmačio konstrukcija ir veikimo principas
PrietaisoveikiančioVikerso metodu, schema labai panaši įkitas (3 pav.). Kadangi naudojamos mažesnės apkrovos (5,50, 100 N). gaunamas labai mažas įspaudas. Todėlpapildomai naudojamas mikroskopas su mikrometu (5 pav.).
a) b)
5Pav.Vikerso prietaiso mikrometras: 1 – mikrometro optinės skalėsreguliatorius; 2 – punktyrinio brūkšnio reguliatorius; 3– mikrometrinis sraigtas, okuliaras: b) įspaudo matavimo schema
Svarbiausiaprietaisodalis taip pat yra pasukama kombinuota matavimo galvute (kaip ir 3pav.). Joje įmontuotas antgalis su piramide (įspauduipadaryti) ir optinis mikroskopas (įspaudo dydžiui matuoti).Bandinys dedamas ant stalelio. Stalelio viršus keičiamaspriklausomai nuo bandinio formos. Smagračio pagalba staleliskeliamas (nuleidžiamas) tol kol bandinys atsiremia i atramą.Prieš paleidžiant prietaisą reikia žinotiapkrovos dydį. Prietaisas paleidžiamas rankena paspaudussvirtį po smagračiu. Prietaisas automatiškai uždedair nuima apkrovą nuoantgalio.Kai svirtis pasiekia viršutinę padėtį (sustoja)ją reikia vėl nulenkti žemyn iki galo (užsifiksuoja).Bandymas baigtas.
Stalelisnuleidžiamas sukant smagratį prieš laikrodžiorodyklę, tada pasukamasis įtaisas atsukamas taip. kad tiesįspaudu būtų mikroskopo objektyvas. Žiūrintpro mikroskopo okuliarą stalelis leidžiamas (arba keliamas)tol kol išryškėja metalo paviršiaus vaizdassu padarytu įspaudu.
Mikroskopookuliare (optiniame mikrometre) yra dvi ilgesnės juosteles –kairioji ir dešinioji (5 pav. b). Matuojant įspaudoįstrižainių ilgį sraigtu 3 sutapdiname vientisasjuosteles. Mikrometrinio sraigto skalė turi būti ties “0”padala. Tada sraigtu 1 juosteles pastatome ties įspaudo kairiojokampo viršūne (kuo tiksliau). Sukdami mikrometro sraigtą3 vieną iš juostelių pastatome ties dešiniuįspaudo kampu. Viršutinėje okuliaro dalyje įbrėžtaliniuotė. Įspaudo dydis nustatomas naudojantis šialiniuote irmikrometriniu sraigtu. Pavyzdžiui 5 pav. b, įspaudoįstrižainės ilgis yra 0,45 mm. Mikrometrinio sraigtopadalos vertė yra 2,5 mkai objektyvo didinimasyra3,7x.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 įlentelę. Paprastai atliekami 3 … 5 vieno bandinio matavimai,Atstumas tarp įspaudų turi buti ne mažesnis kaip2.5jau esančio įspaudo ilgio.
MatuojantVikerso metodukrūviai parenkami atsižvelgiant į bandinio storįarba sustiprinto sluoksnio (dangos) storį.
Kietumonustatymo eiga
1.Uždėtibandinįant stalelio
2.Pakelti stalelį kol atsirems į atramą
2.
3.
3.Paleistiprietaiso mechanizmą. Trumpai spustelti rankenėlę 1.
4.Pakilus ir sustojus svirčiai 2 Ją vėl gražinti įpradinę padėtį.
5.Nuleisti staleli tiek, kad galima butu atsuktimikroskopo objektyvą virš bandinio
6.Išmatuoti įspaudo dydį.Iš lentelės (priedas) pagal gautą įspaudo dydįparinkti kietumoHVreikšmę.
7.Bandymą pakartoti 3 kartus. Duomenis įrašyti įbandymų protokolą.
Nustatantmetalų kietumąVikerso prietaisu gali buti naudojamas ir plieninis rutuliukas.
Metalukietumo, nustatyto įvairiaismetodais suderinimo lentelės pateiktos priede.
Kietumobandymas Šoro metodu
Kietumonustatymas Šoro metodu skiriasi nuo jau minėtųstatinio kietumo matavimo būdų – kietumas matuojamasdinamiškai ne pagal padaryto įspaudo dydį, o pagalatšokimo aukštį. Šoro metodu bandymasatliekamas taip: žinomos medžiagos, žinomo svorioplieninis rutuliukas yra metamas iš žinomo aukščioh1ir fiksuojamas jo atšokimo nuo bandomo paviršiausaukštis h2(6 pav.).
Kuomedžiaga minkštesnė, tuo didesnė jos plastinėdeformacija. Deformuojantis bandomai medžiagai gesinamarutuliuko kinetinė energija ir jis mažiau atšoka nuopaviršiaus. Panašiai kaip kamuolys, pvz.: nuo čiužinioir nuo medinių grindų. Dažniausiai jį sudaroautomatinis mušiklio metimo vamzdelis – matavimo įrankis.mini-kompiuteris su spausdintuvu. maitinimo blokas (ir baterijos).Matuojant bandinio kietumą naudojamas prietaisas užtaisomas,stabiliai prispaudžiamas prie bandinio paviršiaus irpaspaudus prietaiso mygtuką daužiklis paleidžiamas.
Minikompiuterioekrane parodomas kietumo skaičius. Patogu tai, kad naudojant šįprietaisą galime pasirinkti kokiais vienetais gauti kietumąHB, HV, HRC ar pan. Tam reikia paspausti mygtuką H. Jeimatuojant ekrane pasirodo klaidos ženklas E,tai reiškia, kad pasirinkta kietumo vienetai netinka to metalokietumui matuoti. Reikia pasirinkti kitus vienetus. Paspaudus mygtukągalime iškarto gauti metalo stiprumo reikšmę.Atlikę keletą matavimų galime gauti jų vidutinęreikšmę. Tam reikia paspausti mygtuką ENTER-AVERAGEvienąkartą. Paspaudusšį
mygtukądukartištrinamos buvusios reikšmės ir galima matuotikitą bandinį.
Šorometodu, galima matuoti plastikų, metalų, mineralų,dažų kietumą,ypač tais atvejais kai negalime palikti įspaudimo žymiųpaviršiuose. Atskiroms medžiagų grupėms matuotiyra pritaikyti skirtingi indentoriai, kurie paprastai žymimikodine raide.
Kaipir kitu kietumo bandymų metu, gautos reikšmėsmatuojant kietumąŠoro metodu (HSD) surašomosįbandymuprotokolą.
6pav.Šoro prietaiso principinė schema:
Brinelio,Rokvelio, Vikerso ir Šoro prietaisų patikra
Vienokiosyrakitokios konstrukcijos kietumo bandymų prietaisai yra sudėtingimechanizmai, kuriems reikalinga nuolatinė priežiūra,eksploatacijos kultūrairpatikra. Kiekvienas tikslus prietaisas gali išsiderinti.
Kietumobandymų prietaisai tikrinami naudojant kontrolines plokšteles.Tai plieninės plokštelės, kurių kietumas yrajau žinomas. Ant plokštelių skirtų Brinelioprietaisui tikrinti yra nurodytas plokštelės kietumas HBir kokiai apkrovai esant, kokio skersmens rutuliuką naudojantturi buti atliktas patikrinimas. Rokvelio prietaisui tikrintiplokštelės pažymėtos kietumo skaičiumi iružrašais HRA, HRB ar HRC. Tikslumas tikrinamas kiekvienaiskalei atskirai. priklausomaikuriskalė naudojama.AntVikerso prietaiso patikros kontrolinės plokštelėsužrašytas kietumasHVir koki krūvį reikianaudotitikrinant.Šorometodui –ant plokštelėsrašomas kietumas Šoro vienetais. Kietumoir stiprumo ryšio nustatymas.
Naudojant(spaudimo metodusgalima nustatytinetik kietuma bet ir medžiagų mažų tūriųmechaninį atsparumą, panašiai kaip gniuždant,tempiant ar sukant. Geriausiai mechanines savybes atspindi medžiagųdeformacijos diagramos. Analogiškos diagramos gaunamoskontaktinio gniuždymo ar kietumo bandymais, Tokiu būdu,negaminant, neišbandant ir nesuardant tiriamos medžiagosbandiniu, tam tikru tikslumu nustatyti jos pagrindines mechaninescharakteristikas.
Įtempiųir deformacijos (– )kreives, esant linijiniam tempimui ar gniuždymui, išreiškiamoslygtimis:
(5)
ČiaE–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 HVir tekėjimo įlempių yyra lygus 3.
Šiuolaikiniaiskietumo matavimo aparatais (nepriklausomai nuo matavimo būdo)atlikti matavimus, gauti duomenis ir juos apdoroti galima dauggreičiau ir tiksliau. Savo konstrukcija ir veikimo principu jiemažai kuo skiriasi nuo anksčiau paminėtų, tik kadbandymai ir duomenų apdorojimas kontroliuojami kompiuterio.
Šiuolaikiniųkompiuterizuotų, galinčių veikti automatinu režimu,kietmačių bei gautų rezultatų grafikai irpateikiami šio darbo prieduose. Taip pat prieduose pateikiamosįvairiais metodais gauto kietumo reikšmių palyginimolentelės.
Savikontrolėsklausimai ruošiantis ginti darbą
Kokios yra mechaninės medžiagų savybės?