Materjalide mehaanilised omadused. Kõvadus (0)

Tallinna Tehnikaülikool
2014/ 2015 õ.a
Materjalitehnika instituut
Materjaliõpetuse õppetool
Praktikumi nr. 2 aruanne
aines tehnomaterjalid

Üliõpilane: Keiu Simm
Rühm: MATB11
Esitatud: 20.10.2014
Töö eesmärk:

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

Kasutatud töövahendid:

• katsekehad
  
• viil
  
• mikroskoop jälje mõõtmiseks
  
• Brinelli kõvadusmasin
  
• Rockwelli kõvadusmasin
  
• Vickersi kõvadusmasin
  

Kõvaduse mõõtmise meetodid:
Brinelli meetod:
Kõvaduse määramisel Brinelli meetodil surutakse katsetatavasse materjali kõvasulamkuul või karastatud teraskuul läbimõõduga (D) 10; 5; 2,5; 2; 1mm ja jõuga (F) 1...3000 kgf (9,8...29430N). Brinelli kõvadust määratakse reeglina metalsetel (terased, Al- sulamid , Cu-sulamid jne) materjalidel. Meetodi ülemiseks piiriks võib lugeda terase kõvaduse karastatud olekus, alumiseks pehmed puhtad metallid. Tüüpiline kasutusala: teras lõõmutatud või lähteolekus, teras parandatud olekus, hallmalmid, pronksid . Tuleb arvestada ka sellega, et katsekeha minimaalne paksus ei tohi olla väiksem kui jälje 8-kordne sügavus.
Rockwelli meetod:
Rockwelli meetod on võrreldes Brinelli meetodiga märksa universaalsem ja sobib laiemas kõvaduse vahemikus materjalide katsetamiseks. Meetod on olemuselt lihtne, sest ei ole vaja mõõta jälje suurust, tulemuse saab lugeda otse masina pealt. Materjal peab olema korraliku pinnaviimistlusega ning katsetamise ajal ei tohi see liikuda . Vastavalt koormusele ning otsakule eristatakse mitmeid erinevaid skaalasid: metalsete materjalide korral kasutatakse enamasti A-, B- ja C- skaalat , pehmete sulamite ja plastide puhul H-, R-, M-skaala. Tüüpiline skaala terase puhul on C-skaala, Al-sulamite korral B-skaala, kõvasulamite korral A-skaala ning plastide puhul M-skaala.
Vickersi meetod:
Vickersi meetod põhineb teemantpüramiidi sissesurumisel materjali. See meetod võimaldab määrata mis tahes metalli või sulami kõvadust ning sobib nii õhukese metalli kui ka pinnakihi kõvaduse määramiseks. Kasutatakse tüüpiliselt õhukeste materjalide, pinnete, tsementiitide, nitreeritud pinnakihtide, pindkarastatud teraste ning keevisõmbluste termomõjutsoonide, kõvasulamite ja keraamika kõvaduse arvutamisel. Meetodi puuduseks on kõrgendatud nõuded pinnaviimistlusele, sisuliselt on nõutud poleeritud pind.
Barcoli meetod:
Meetod on eelkõige mõeldud komposiitmaterjalide kõvaduse määramiseks. Võimalik on määrata ka pehmete metallide ja sulamite ning kõvemate plastide kõvadust. Barcoli meetodil surutakse katsekeha pinda teraskoonus tipunurgaga 26º ja tipuraadiusega 0,157 mm. Kõvadust hinnatakse skaalas 0...100. Barcoli seade on kaasaskantav.
Katsetulemused:
Materjali iseloomustus
Kriipe (viili) katse
Valitud kõvaduse määramise meetod
Jälje suurus mm
Kõvadusarv
Võrdlus-skaala
Tugevus
Turvavöö
Õrn jälg
HRB
79,5
HV
153
Messing
Tugev jälg
HRB
64,4
HV
115
Al- sulam ( paksem )
Tugev jälg
HRB
79
HV
150
Õhukesem Al-sulam
Tugev jälg
HRB
62.5
HV
110
Purunenud teimik (hele)
Õrn jälg
HRB
90
HV
197
Purunenud teimik (tuhm)
Õrn jälg
HRB
91.3
HV
203
Teras konstruktsiooni tükk (keevisega)
Tugev jälg
HBS
5,50 mm
(10 mm kuul, 3 tonni)
116
HV
122
Al-sulam (paksem)
Tugev jälg
HBS
u 7,5 mm (10 mm kuul, 1 tonn)
Jälg oli selle meetodi jaoks liiga suur
Poleeritud pinnaga teras (keevisekohaga)
Õrn jälg
HV
136 ( materjalis )
167 (üleminekul)
178 (keevisel)
HV
136
167
178
Kokkuvõte/järeldused:
Katsetatavatest materjalidest on tulemuste järgi kõige tugevamad terasteimikud, mida olime eelneva praktikumi käigus katsetanud tõmbetugevuse mõõtmisel. Üks tugevamatest on ka keevisekohaga poleeritud pinnaga teras, mille kõvadust mõõtsime kolmes erinevas kohas: materjalis (HV 136), üleminekul keevisele (HV 167) ja keevisel (HV 178). Kõige suurem kõvadus keevisel on tingitud karastumisest keevitamise käigus, mis muutis terase kõvemaks. Turvavööst on kõige kõvem teras umbes 25% võrra kõvem, kuid ei saa öelda, et turvavöö seetõttu halvemast materjalist tehtud oleks, kuna kõikide katsetatud teraste eesmärk on erinev. Turvavöö puhul on pigem oluline, et see oleks vastupidav tõmbele. Terastest kõige nõrgemaks osutus keevisega konstruktsiooni tükk.
Võrreldes teraseid alumiiniumi sulamite ja messinguga, on selge, et sulamid jäävad terastele kõvaduse poolest alla, mis on ka normaalne, sest sulamite põhikomponentide kõvadus on märksa väiksem, kui seda on terase kõvadus. Paksema alumiiniumi sulami kõvaduse mõõtmisel tegime esimese katsega vea meetodi valikus, mistõttu Brinelli meetod tulemust ei andnud, kuna jälje suurus oli selle meetodi jaoks liiga suur. Teisel katsel valisime Rockwelli meetodi, mis andis tulemuseks HRB 79 (HV150). Kõige väiksema kõvadusega on katsetatavatest materjalidest messing, mida võis eeldada ka kriipe katsest.
Üldiselt ei näita kõvadus, milline materjal on hea ning milline halb, vaid annab ülevaate sellest, kus ning millistes tingimustes tuleks mingit teatud materjali kasutada. Seetõttu ongi oluline, et materjali valikul ollakse teadlik materjalide omadustest. Näiteks ei ole mõistlik valmistada tööriistu alumiiniumi sulamist või messingust, kuna need ei täidaks oma tööülesandeid ning peale esimest kasutuskorda oleksid need rikutud.