Vežba broj 9

Rokvel metoda i dinamičke metode za određivanje tvrdoće

Rokvel metoda

Ova metoda, za razliku od Brinel metode, kao merilo rvrdoće uzima dubinu otiska.

Utiskivač i sila utiskivanja

Kao utiskivač se koristi čelična kuglica prečnika: D=1/16", 1/8", 1/4" i 1/2" ili dijamantska kupa sa uglom konusa od 120° sa zaobljenjem pri vrhu r=0.2 mm.

Shematski prikaz merenja tvrdoće po Rokvel metodi - dijamcmtska kupa

Zavisno od vrste materijala koji se meri, bira se utiskivač i veličina sile utiskivanja, što omogućuje korišćenje niza postupaka koji se danas primenjuju u praksi. Prema našim standardima bliže su odredjeni postupci prve grupe HRB i HRC, budući da se najčešće primenjuju u praksi pri merenju tvrdoće mašinskih materijala.

Kod ove metode postupak merenja tvrdoće odvija se u tri faze:

Prva faza utiskivanja otklanja uticaj površinskih neravnina primenom odgovarajućeg predopterećenja F0, koje dovodi do prodiranja utiskivača na dubinu h|.

Druga faza u kojoj se utiskivač utiskuje na dubinu h2. Tada nastaju elastične he i plastične hp deformacije, usled dejstva glavnog opterećenja F1, (dodatog na predopterećenje F0).

Treća faza je rasterećenje, tj. otklanjanje glavnog opterećenja F1 i elastičnih deformacija u uzorku nastalih u drugoj fazi.

Princip merenja tvrdoće po Rokvel metodi U ovom slučaju dubina prodiranja utiskivača h3 manja je od dubine utiskivanja h2 za vrednost

elastičnih deformacija he (jer ostaje da deluje predopterećenje F0).

Dubina otiska je:

( )3 13 1500

0.002h he h−

= = ⋅ − h

gde je:

h3-h1, mm - dubina utiskivanja i

0.002, mm - jedna Rokvelova jedinica.

Tvrdoća po Rokvel metodi odredjena je pomoću izraza:

Za skalu B:

3 1130 1300.002h hHRB e −

= − = −

Za skalu C:

3 1100 1000.002h hHRC e −

= − = −

Zavisno od tvrdoće materijala koji se ispituje biće različite i dubine utiskivanja. Da bi, pri ispitivanju, tvrđi materijali imali veće brojne vrednosti kod Rokvel B postupka se uvodi konstanta K1=130, akod Rokvel C K2=100, od kojih se oduzima broj Rokvelovih jedinica sračunat na osnovu dubine utiskivanja.

Veličine tvrdoće, pri opisanom dejstvu opterećenja, se određuje direktnim očitavanjem na skali instrumenta aparata čija je konstrukcija zasnovana na pomenutom principu.

Uslovi ispitivanja

Medjusobno odstojanje centara otiska, kao i odstojanje od ivice uzorka, treba da je veće od 3 mm. Površina merenja mora biti brušena i čista, a u odnosu na osu opterećenja mora biti upravna.

Tok rada pri merenju Merenje tvrdoće je vrlo jednostavno, i posle kratkotrajne obuke može se poveriti licu nižih

školskih kvalifikacija. Tok merenja se sastoji u sledećem:

o Odabira se odgovarajući utiskivač (čelična kuglica ili dijamantska kupa);

o Odabira se sila glavnog opterećenja (F1 u zavisnosti od tipa skale);

o Uzorak se postavlja na postolje i zavojnim vretenom dovodi u kontakt sa utiskivačem;

o Okretanjem zavojnog vretena mora se mala kazaljka dovesti u položaj repeme crte, a velika kazaljka na nulu čime je naneto predopterećenje F0;

o Izvodi se oslobađanje poluge čime se aktivira nanošenje glavnog opterećenja F1;

o Po isteku potrebnog vremena veća kazaljka se zaustavi i tada se izvodi rasterećenje utiskivača od glavnog opterećenja Ft;

o Veličina tvrdoće direktno se očitava na odgovarajućoj skali aparata;

o Po završenom ispitivanju uzorak se oslobadja utiskivača spuštanjem zavojnog vretena.

Označavanje tvrdoće po Rokvel metodi izvodi se na sledeći način:

45 HRC

Vrednost tvrdoće

Oznaka tvrdoće – Rokvel C

Uređaj za merenje tvrdoće Rokvel metodom

Savremeni uređaji za merenje tvrdoće Rokvel metodom

DINAMIČKE METODE

Ove metode zasnovane su na dinamičkom dejstvu sile na utiskivač, kao i na udarno-elastičnom odskoku utiskivača od predmeta čija se tvrdoća meri. Reč je o jednostavnim, brzim, lakim i jeftinim metodama merenja, ali i nešto smanjene tačnosti. Primenjuju se u slučaju delova velike mase (dimenzija) i složene geometrije, ili kada na finalnim delovima nije dozvoljena bilo kakva deformacija (valjci valjaoničkih stanova, batovi kovačkih čekića, rezni alati i dr.).

Najviše su u primeni Poldi, skleroskopska i duroskopska metoda.

Za ispitivanje tvrdoće metodama sa dinamičkim dejstvom sila nemamo naših standarda, pa se koriste preporuke stranih standarda ili proizvođača opreme.

Poldi metoda

Ispitivanje tvrdoće ovom metodom koristi se u slučajevima kada se ne može izvesti merenje tvrdoće statičkim metodama (npr. zbog nedostatka aparata, dela velikih dimenzija, kada je nekorisno razaranje uzorka i tsl.). Ova metoda daje rezultate koji za praksu imaju zadovoljavajuću tačnost. Merenje tvrdoće je zasnovano na udarnom dejstvu utiskivača i omogućuje izračunavanje tvrdoće slično tvrdoći po Brinel-metodi. Odnosno, Poldi metoda je u principu modifikovana Brinel metoda.

Aparat za ispitivanje tvrdoće "Poldijev čekić" jednovremeno utiskuje utiskivač u površinu ispitivanog dela i etalon (šipku)

poznate tvrdoće. Kao utiskivač koristu se čelična kuglica prečnika D= 10 mm.

Princip određivanja tvrdoće Poldi metodom

Poldi čekič

Merenjem prečnika otiska, pomoću Iupe, odredjuje se tvrdoća ispitivanog predmeta pomoću tabela datih uz aparat. Takodje, tvrdoća se može odrediti i analitički merenjem prečnika otisaka kalote u materijalu i etalonu, na osnovu poznate tvrdoće etalona (HBS), prema izrazu:

2 2

2 2

e

m

D D dHP HBS

D D d

− −= ⋅

− −

gde je:

HBS - tvrdoća etalona izmerena po Brinel metodi,

D - prečnik utiskivača - kuglice u mm,

de - prečnik otiska u etalonu u mm i

dm - prečnik otiska u materijalu u mm.

Razlika vrednosti tvrdoća po Brinel i Poldi metodi ne prelazi 2%. Kod tvrdjih materijala brojna vrednost tvrdoće po Poldi metodi je veća, a za mekše materijale je manja.

Dijagram odnosa HP i HBS

Uslovi ispitivanja Ova metoda daje rezultate koji za praksu imaju zadovoljavajuću tačnost. U sučtini je vrlo

jednostavna i brza, a ponekad jedino moguća metoda za ispitivanje tvrdoće.

o Prečnik utiskivača je uvek D=10 mm;

o Sila kojom se deluje na utiskivač je dinamičkog karaktera (udar ručnim čekićem);

o Ostvareni prečnici otisaka mora da leže u granicama d=2-4 mm;

o Površina merenja mora da je čista i obradjena mašinskom obradom;

o Osa udara mora biti upravna na površinu predmeta;

o Maksimalna tvrdoća merne površine predmeta mora biti manja od 450 HBS;

o Tvrdoća etalon predmeta (čelične šipke) mora biti ravnomerna po celom preseku i odredjena po Brinel metodi, a što bliže tvrdoći koju očekujemo da ima mereni materijal.

Tok rada pri ispitivanju o Poldijev čekić se pripremi za rad postavljanjem etalon-šipke u odgovarajući otvor, pri čemu

etalon naleže na utiskivač zahvaljujući pritisku opruge

o Na pripremljenu površinu koja se meri postavi se Poldijev čekić tako da njegova osa bude upravna na površinu;

o Odgovarajućim udarom ručnim čekićem izvodi se utiskivanje kuglice u površinu etalona i materijala;

o Dobijeni otisci na površini predmeta i etalona se mere pomoću lupe sa linearnim merilom;

o Ako su prečnici otiska veći od 4 mm ili manji od 2 mm ispitivanje se mora ponoviti

o Na osnovu poznatog izraza ili pomoću tabela odredjuje se tvrdoća po Poldiju.

Skleroskopska metoda (Metoda po Šoru)

Princip merenja tvrdoće, po ovoj metodi, zasnovan je na elastičnom odskoku i na vizuelnom merenju visine njegovog prvog odskoka. Visina odskoka zavisna je od vrste materijala, njegove tvrdoće, modula elastičnosti, stanja površine, mase predmeta, kao i aparata za merenje.

Aparat za ispitivanjc tvrdoće

Po svojoj konstrukciji aparat je veoma jednostavan. Aparat se sastoji iz jedne staklene cevi dužine 245 mm, podeljene na 130 podeoka, u kojoj se nalazi pokretni utiskivač mase 2.5 g sa dijamantskim kupastim vrhom. Pri merenju tvrdoće utiskivač se pušta da slobodno pada bez trenja kroz staklenu cev na površinu predmeta čija se tvrdoća meri. Visina prvog odskoka utiskivača u podeocima skale je mera odskočne tvrdoće.

Shema i izgled skleroskopa

Izgled savremenih skleroskopa

Uslovi ispitivanja o Pošto naš standard nije definisao ovu metodu, koriste se preporuke proizvodjača:

o Primenjuje se pri merenju tvrdoća čelika i tvrdih livova tvrdoće 225 do 940 HV;

o Na istom mestu uzorka izvodi se samo jedno merenje;

o Vrednost tvrdoće uzorka je srednja vrednost iz najmanje 5 pojedinačnih merenja visina prvih odskoka utiskivača;

o Temperatura pri ispitivanjuje sobna (izuzetno i do 10-35°C);

o Masa postolja, na koju se postavlja uzorak mora biti najmanje 2-5 kg.

Tok rada pri merenju o Aparat za merenje - Šorov skleroskop, čvrsto se postavlja na površinu uzorka ili radnog predmeta, pri

čemu se kontrola upravnosti proverava libelom;

o Podiže se utiskivač u najviši položaj;

o Oslobadja se utiskivač da slobodno pada (pritiskom na dugme);

o Pažljivo se prati odskok utiskivača i registruje visina odskoka;

o Na osnovu srednje vrednosti elastičnog odskoka utiskivača može se tvrdoća po Šoru preračunati u tvrdoću po Vikersu.

Odnos tvroće po Šoru i tvrdoćr po Vikersu

Duroskopska metoda Duroskop (sklerograf) je prost, lak aparat, malih dimenzija i primenjuje se za brza merenja tvrdoća, posebno

vertikalnih površina.

Aparat za merenje tvrdoće — duroskop

Princip rada ovog aparata baziran je na padu malog malja (3), obrtnog oko neke ose, sa početne visine - Hi i njegovom udaru u utiskivač (1), koji je naslonjen na površinu radnog predmeta čija se tvrdoća meri (4). Kinetička energija malja troši se na utiskivanje utiskivača, ostvarujući delimično plastične, a delom elastične deformacije. Usled elastičnog odskoka podiže se malj do neke visine - H2. Ova visina se uočava pomoću kazaljke (2) koja je, ponešena maljem pri odskoku ostala na toj visini. Visina odskoka, odredjena položajem kazaljke, očitava se na skali durometra i predstavlja meru tvrdoće po ovoj metodi.

Uslovi ispitivanja Pošto naš standard nije definisao ovu metodu, koriste se preporuke proizvodjača:

o Primenjuje se pri merenju tvrdoća malih i komplikovanih delova, kao i delova u završnoj fazi mašinske obrade (zupčanici, radilice i dr.);

o Mogu se ispitivati kako metalni tako i nemetalni materijali, keramika i tsl.

o Na istom mestu uzorka izvodi se samo jedno merenje;

o Vrednost tvrdoće uzorka je srednja vrednost iz najmanje 5 pojedinačnih merenja visina prvihodskoka utiskivača;

o Temperatura pri ispitivanju je sobna (izuzetno i 10-35°C);

Tok rada pri merenju

Tok rada je lak i brz, zahvaljujući konstrukciji aparata.

o Klatno se postavlja (podiže) u gornji položaj okretanjem odgovarajuće navrtke na zadnjoj strani aparata;

o Aparat se prislanja uz vertikalnu površinu predmeta;

o Pomoću libele aparat se postavlja u horizontalni položaj;

o Pritiskom na taster za aktiviranje oslobadja se malj sa klatnom koji pada na utiskivač (ne sme doći do pomeranja aparata);

o Na lučnoj skali, kojaje podeljena na 70 podeoka, očitava se broj duroskopskih jedinica na mestu zaustavljanja kazaljke;

o Prevodjenje duroskopskih jedinica u tvrdoću po Vikersu, izvodi se preko dijagrama;

Odnos tvrdoće po Vikersu i broja duroskopskih jedinica

Izgled savremenih duroskopa

Merenje tvrdoće duroskopom