Aruanne: Materjalide mehaanilised omadused. Kõvadus. (0)

Tallinna Tehnikaülikool
Mehaanikateaduskond
Materjalitehnika instituut
Materjalide mehaanilised omadused. Kõvadus.
Aruanne
MATB11
Juhendaja Liina Lind
Tallinn
2011
Töö eesmärgid

• Tutvuda põhiliste kõvaduse määramise meetoditega ( Brinelli , Rockwell ja Vickers )
  
• Valida sobiv meetod kõvaduse määramiseks erinevatele materjalidele.
  
• Võrrelda katsetatud materjalide kõvadust.
  
• Analüüsida soest materjali tõmbetugevuse ning kõvaduse vahel.
  
• Hinnata materjali kõvaduse olulisust materjali valikul.
  

Meetodite lühikirjeldused
Brinelli meetod – määratakse tavaliselt metalsetel (terased, Al- sulamid , Cu- sulamid) materjalidel. Selle meetodi puhul surutakse katsetatavasse materjali kõvasulamkuul või karastatud teraskuul läbimõõduga (D) 10; 5; 2,5; 2; 1 mm ja jõuga (F) 1- 3000 kgf (9,8-29430N). Brinelli meetodi kõvadusarv on HBW ja arvutatakse järgmise valemi põhjal:
kus F – jõud N
D – kuuli läbimõõt mm
d – jälje läbimõõt mm
Jälje läbimõõt mõõdetakse reeglina 0,05 mm täpsusega kahe teineteisega ristiolevas suunas ja leitakse keskmine väärtus.
Rockwelli meetod – sobib laiemas kõvaduse vahemikus materjalide katsetamiseks. Meetod on lihtne ja tulemus loetakse otse masina skaalalt. Puuduseks on nõutav katseobjekti hea pinnaviimistlus, samuti ka korralik baseerimine töölaual. Kõvadusarv saadakse otsaku sissetungimissügavuse järgi uuritavasse materjali. Mida suurem on jälg, seda väiksem on kõvadus. Metalsete materjalide puhul leiavad kasutamist enamasti A-, B- ja C- skaala, pehmete sulamite ning plastide puhul H-, R- ja M- skaalal.
Arvutamise valem:
kus h – otsaku sissetungimise sügavus
N – skaalale omane konstant
S - skaalajaotis
Katsetamisel surutakse otsak materjalisse eeljõuga F0= 10 kgf (98 N) ja fikseeritakse asend. Seejärel suurendatakse seda põhijõuni 60 kgf (588 N), 100 kgf (980 N) või 150 kgf (1470 N) ja taastatakse esialgne jõud F0. Kõvadust iseloomustab kuuli või koonuse materjalisse sissetungi uise sügavuste vahe.
Vickersi meetod – meetod põhineb teemantpüramiidi sissesurumisel materjali. Sobib nii metalli kui sulami kõvaduse määramiseks ning sobib nii õhukese metalli kui ka pinnakihi kõvaduse määramiseks. Tüüpiline kasutusala – õhukesed materjalid, pinded, tsementiiditud, nitreeritud pinnakihid ja pindakarastatud terased. Meetodi puuduseks on kõrgendatud nõuded pinnaviimistlusele.
Materjali pinda surutakse neljatahuline püramiid tahkudevahelise nurgaga 136° ja jõuga 1- 100 kgf (98- 980 N). Jälje diagonaal mõõdetakse optilise mikroskoobi abil. Kõvaduse arvutamise valem:
HV=
kus F – jõud N
d – jälje diagonaal.
Materjal
Kriipe (viili) katse
Valitud kõvaduse määramise meetod
Jälje suurus
mm
Kõvaduse arv
HV
Tugevus
N/mm2
Alumiinium- sulam
Hakkab peale
Brinelli
4,4
61,8 HBW
64
205
Lõiketera – karastatud teras
Alla 61 HRC
Rockwelli
56,8 HRC
639
2140
Volframkoobalt
Ei hakka peale
Vickersi
Diagonaal1- 0,234;diagonaal2- 0,235
1007 HV
1007
Kõva ja habras
Teise materjali puhul mõõdeti kõvadus C – skaala järgi.