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 schemas 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 sudaryta 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 izotropine.
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 metodu 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.
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 atitinkantis įtempimas vadinamas stiprumo riba –
RmU) = 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 charakteristikosyratempimo 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
Rm/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 sąvoka.
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
H50–
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.).
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).
, kG/mm2 (1kG = 10MPa) (1)
įspaudo sferinio paviršiaus plotas S
= Dh.
Brinelio įrenginio 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 krūvio 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 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 |
Brinelio preso 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.
Iš
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.
a)
b)
c)
4.
pav.
Medžiagos kietumo nustatymo Rokvelio metodu schema a), pradinė skalės rodyklių padėtis, rodyklių padėtis esant pirminei apkrovai
(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:
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.).
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.
6
pav.
Šoro prietaiso principinė schema:
Brinelio,
Rokvelio, Vikerso ir Šoro prietaisų patikra
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:
(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?