Stalnierdzewna.com - Największa w Polsce strona informacyjna o stali nierdzewnej

wątki w tym artykule
- Próba rozciągania metali
- Wskaźniki wytrzymałości
- Próba udarności metodą Charpy`ego
- Pomiar twardości Brinella
- Pomiar twardości Rockwella
- Pomiar twardości Vickersa
 

Próba rozciągania metali:

Podstawową próbą badań własności mechanicznych metali jest statyczna próba rozciągania metali, ujęta normą PN-EN 10002-1+AC1.

Dzięki tej próbie otrzymujemy podstawowe informacje o własnościach wytrzymałościowych i plastycznych danych metali.

Próba taka realizuje najprostszy stan naprężeń, jaki powstaje przy prostym rozciąganiu. Badanie wytrzymałościowe w trakcie tej próby polega na osiowym rozciąganiu próbki odpowiednio ukształtowanej na maszynie wytrzymałościowej zwanej zrywarką.

Próba polega na rozciąganiu próbki na ogół do zerwania, zarejestrowaniu zależności użytej siły od wydłużenia próbki i wyznaczeniu jednej lub więcej własności mechanicznych przy temperaturze otoczenia (10 ÷ 35 [°C]).

Zależność siły od wydłużenia dla materiału
wykazującego wyraźną granicę plastyczności

Próbki przeznaczone do badań mają część pomiarową o stałym przekroju, a zakończone są obustronnie główkami o zwiększonym przekroju. Część pomiarowa o długości L0 przechodzi w sposób łagodny do główek, dzięki czemu możemy przyjąć, że stan naprężenia i odkształcenia w każdym punkcie części pomiarowej jest jednakowy.

Przeprowadzając statyczną próbę rozciągania metali należy pamiętać, iż uzyskane wyniki pochodzą z badań przeprowadzonych na próbkach, a zatem nie mogą odzwierciedlać zachowania się gotowych konstrukcji pod obciążeniem.

Wskaźniki wytrzymałości są ilorazem siły w określonej chwili badania i początkowej powierzchni przekroju poprzecznego (So) próbki.

• 1. Wytrzymałość na rozciąganie Rm - jest to naprężenie, powodujące przyrost odkształcenia plastycznego odpowiadające największej sile Fm.
• 2. Wyraźna granica plastyczności Re – jest to naprężenie, powodujące przyrost odkształcenia plastycznego bez wzrostu siły.

  Wyróżnia się:

  • górną granice plastyczności ReH – największe naprężenie w zakresie występowania wyraźnej granicy plastyczności.
  • dolną granice plastyczności ReL – najmniejsze naprężenie w zakresie występowania wyraźnej granicy plastyczności, z pominięciem początkowego efektu przejściowego.
• 3. Umowna granica plastyczności Rp – nazywaną w normie naprężeniem granicznym przy przyroście nieproporcjonalnym – jest to naprężenie określone podczas trwania próby, powodujący nieproporcjonalny przyrost wydłużenia równy umownemu procentowi początkowej długości pomiarowej próbki Lo lub ekstensometru Le. Jest to naprężenie, powodujące przyrost odkształcenia plastycznego bez wzrostu siły.

Wskaźniki wytrzymałości:

Wskaźniki plastyczności obliczane są na podstawie zmiany wymiarów próbki podczas próby, po jej odciążeniu lub zerwaniu.

• 1. Wydłużenie procentowe po zerwaniu A – jest to trwałe wydłużenie długości pomiarowej zmierzone po zerwaniu (Lu – Lo), wyrażone w procentach początkowej długości pomiarowej Lo.
  
• 2. Wydłużenie całkowite procentowe At przy rozerwaniu – jest to wydłużenie całkowite (sprężyste i plastyczne) długości pomiarowej podczas trwania próby w momencie rozerwania, wyrażone w procentach początkowej długości pomiarowej Lo
• 3. Przewężenie procentowe Z – jest to największa zmiana powierzchni początkowej przekroju poprzecznego, która stwierdzono po rozerwaniu (So-Su), wyrażone w procentach początkowej powierzchni przekroju poprzecznego So

W próbie tej próbki powinny mieć długość 55 [mm] i przekrój poprzeczny kwadratowy o boku 10 [mm]. W połowie długości powinien znajdować się karb. Rozróżnia się dwa rodzaje karbów:

• karb w kształcie litery V
• karb w kształcie litery U

Kształty i wymiary próbek opisuje norma PN-EN 10045-1. Próbki powinny być ze wszystkich stron obrobione mechanicznie. Wyjątkowo w przypadku precyzyjnego odlewania próbek, dwie powierzchnie równoległe do płaszczyzny symetrii karbu mogą być nieobrobione. Obróbka mechaniczna próbki powinna być przeprowadzona w taki sposób, aby starzenie, np.: spowodowane zgniotem na zimno lub przez nagrzanie, zostało ograniczone do minimum.

Płaszczyzna symetrii karbu powinna być prostopadła do wzdłużnej osi próbki. Karb powinien być wykonany starannie tak - by wzdłuż dna karbu nie była widoczna gołym okiem żadna rysa. Próbka może być oznakowana na dowolnej powierzchni nie stykającej się z podporami lub przyporami w odległości co najmniej 5 [mm] od karbu, aby uniknąć wpływu zgniotu na zimno spowodowanego znakowaniem.

Standardowe warunki badania powinny odpowiadać początkowej energii maszyny 300 ±10 [J] i stosowaniu próbki o standardowych wymiarach. Energię zużytą na złamanie próbki oznacza się za pomocą symboli:

• KV - dla próbki z karbem V
• KU - dla próbki z karbem U

Przykładowo zapis: KV = 121 J oznacza, że początkowa energia wynosiła 300 [J], w próbie użyto standardową próbkę z karbem V, a energia łamania równa była 121 [J].

Pomiary twardości:

Pomiary twardości metodą statyczną polegają na powolnym wgniataniu w badany materiał wgłębnika o określonym kształcie pod działaniem określonej siły. W ten sposób uzyskuje się miejscowe odkształcenie materiału, złożone ze składowej sprężystej oraz plastycznej.
Wynik pomiaru zależy od wartości odkształcenia plastycznego, w szczególności zaś od wielkości powierzchni uzyskanego odcisku lub jego głębokości.

Do najczęściej stosowanych metod statycznych pomiaru twardości należą metody:

• Brinella
• Rockwella
• Vickersa

Metodę tą przeprowadza się przy użyciu twardościomierza Brinella.

Pomiar twardości sposobem Brinella polega na wciskaniu kulki stalowej hartowanej lub z węglików spiekanych o średnicy D w płaską, dostatecznie gładką powierzchnię przedmiotu pod obciążeniem F, prostopadłym do tej powierzchni oraz na zmierzeniu, po odciążeniu kulki, średnicy d pozostałego na powierzchni badanego przedmiotu trwałego odcisku kulki.

Zasada pomiaru twardości sposobem Brinella

Twardość Brinnela jest ilorazem siły obciążającej [kG] i pola powierzchni odcisku [mm2]

gdzie:

• F - siła obciążająca [kG]
• D - średnica kulki [mm]
• średnia średnica odcisku [mm]
• głębokość odcisku [mm]

Twardość Brinella oznacza się symbolem HBW.

Symbol HBW poprzedzony jest wartością twardości i uzupełniany przez indeks wskazujący przyjęte warunki próby, tj. średnicę kulki, liczbę określającą siłę obciążającą oraz czas działania pełnego obciążenia jeśli jest on dłuższy niż 15 sekund, np. 500 HBW 10/3000/20 oznacza twardość równą 500 jednostek, zmierzoną za pomocą kulki z węglików spiekanych o średnicy 10 mm, przy zastosowaniu siły obciążającej 3000 kG i czasie obciążenia 20 sekund.

Pomiar twardości sposobem Rockwella polega na dwustopniowym wciskaniu w badany przedmiot wgłębnika jakim jest stożek diamentowy o kącie 120° i promieniu krzywizny wierzchołka 0,2 [mm] lub kulka (stalowa lub z węglików spiekanych) o średnicy 1,5875 [mm] lub 3,175 [mm] i pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku h pod działaniem określonej siły po usunięciu głównej siły obciążającej.

• 1. głębokość odcisku pod wpływem wstępnej siły obciążającej F0
• 2. głębokość odcisku pod wpływem głównej siły obciążającej F1
• 3. sprężysty powrót po usunięciu głównej siły obciążającej F1
• 4. trwały przyrost głębokości odcisku
• 5. powierzchnia próbki
• 6. płaszczyzna odniesienia

Twardość Rockwella oblicza się z wartości h i dwu wartości stałych N i S wg wzoru:

Twardość= N- (h/S)

gdzie:

• N - stała liczbowa, odpowiednia do skali
• S - jednostka skali, odpowiednia do skali
• h - trwały przyrost głębokości odcisku pod działaniem wstępnej siły obciążającej po usunięciu siły obciążającej głównej(wartości N i S podano w tabeli poniżej)

Pomiar twardości sposobem Vickersa polega na wciskaniu foremnego czworokątnego ostrosłupa diamentowego o kącie dwuściennym 136° w płaską dostatecznie gładką powierzchnię przedmiotu pod obciążeniem F prostopadłym do tej powierzchni oraz zmierzeniu (po odciążeniu ostrosłupa) przekątnych d1 i d2 powstałego kwadratu na badanej powierzchni.

Zasada pomiaru twardości metodą Vickersa: a) wgłębnik, b) odcisk wgłębnika

W zależności od wartości obciążenia rozróżnia się trzy zakresy skali Vickersa

Twardość Vickersa jest proporcjonalna do ilorazu siły obciążającej i pola powierzchni odcisku, którego kształt przyjmuje się jako ostrosłup o podstawie kwadratowej, o takim samym kącie jaki ma wgłębnik.

gdzie:

• d - średnia arytmetyczna dwóch przekątnych d1 i d2

Twardość Vickersa traktuje się jako wielkość bezwymiarową, a zamiast jednostki twardości [kG/mm2] podaje się wprost symbol HV. Po symbolu HV należy podać wartość obciążenia w kG i czas działania w s w przypadkach, gdy obciążenie jest inne od 294 [N] (30 [Kg]) i czas działania obciążenia całkowitego jest inny niż 10 - 15 [s]. Przykładowo zapis postaci 640 HV 10/30 oznacza ze twardość Vickersa materiału wyniosła 640 zmierzona pod obciążeniem 10 [Kg] w czasie działania obciżenia 30 [s].