ΔΟΚΙΜΗ ΣΚΛΗΡΟΜΕΤΡΗΣΗΣ

Transcript

1 1. Σκοπός και Ορισμοί ΔΟΚΙΜΗ ΣΚΛΗΡΟΜΕΤΡΗΣΗΣ Η δοκιμή της σκληρομέτρησης είναι μεγάλης σπουδαιότητας, γιατί εκτός από τον προσδιορισμό της σκληρότητας, παρέχει και μια μη καταστροφική και γρήγορη προσεγγιστική μέθοδο προσδιορισμού της αντοχής σε εφελκυσμό ενός υλικού. Εμπειρικά διακρίνουμε τα υλικά σε σκληρά και μαλακά. Για παράδειγμα το διαμάντι είναι σκληρό υλικό, ενώ η κιμωλία χαρακτηρίζεται ως μαλακό. Για τη σκληρότητα των υλικών έχει θεμελιωθεί ο παρακάτω ορισμός : Σκληρότητα ονομάζεται η ιδιότητα των στερεών σωμάτων να αντιστέκονται στη διείσδυση άλλων σωμάτων σε αυτά. Πρώτος ο Herz, για την εκτίμηση αυτής της αντίστασης χρησιμοποίησε το μέτρο της ορθής τάσης στην επιφάνεια επαφής των συνθλιβομένων σωμάτων. Κατά τον Herz, σκληρότητα είναι η ορθή τάση που αναπτύσσεται στο κέντρο της κυκλικής επιφάνειας επαφής δυο συνθλιβομένων σφαιρών τη στιγμή που αρχίζει να εμφανίζεται η πλαστική παραμόρφωση (σχήμα 1), ενώ η πρακτική εφαρμογή του ορισμού αυτού είναι αδύνατη. Σχήμα 1 : Περιοχή πλαστικής παραμόρφωσης Έχουν αναπτυχθεί διάφοροι μέθοδοι σκληρομέτρησης που παρέχουν τη δυνατότητα προσδιορισμού της σκληρότητας σε οποιαδήποτε υλικό, όλκιμο ή ψαθυρό, μέταλλο. Οι μέθοδοι αυτές αντιστοιχούν και σε ανάλογους ορισμούς της σκληρότητας, όπως : Σκληρότητα είναι η αντίσταση που παρουσιάζει ένα υλικό στη διείσδυση ενός κατάλληλα διαμορφωμένου σκληρότερου σώματος (διεισδυτής) ή στη χάραξη του με αιχμηρό εργαλείο. Επίσης σκληρότητα ορίζεται, σύμφωνα με άλλη μέθοδο σκληρομέτρησης, το ύψος της αναπήδησης κατάλληλης μάζας όταν προσπέσει από ορισμένο ύψος στην επιφάνεια του ελεγχόμενου υλικού. Οι τυποποιημένες μέθοδοι μέτρησης σκληρότητας συνίστανται στη στατική ή κρουστική εφαρμογή ενός φορτίου μέσω ειδικού εξαρτήματος (διεισδυτής/indenter) της μηχανής δοκιμής στην επιφάνεια του προς σκληρομέτρηση αντικειμένου με αποτέλεσμα τη δημιουργία ουλής (depression, indentation). Από τις διαστάσεις της ουλής προσδιορίζεται η σκληρότητα. Η πρώτη ιστορικά επιστημονική μέθοδος μέτρησης σκληρότητας ήταν η μέθοδος με εγχάραξη του Mohs. O Mohs χρησιμοποίησε αυθαίρετα 10 υλικά, που ήταν το ένα πιο σκληρό από το άλλο σύμφωνα με την καθημερινή εμπειρία, με πιο σκληρό το διαμάντι που του απέδωσε σκληρότητα 10 και πιο μαλακό την κιμωλία (τάλκης, talc) στην οποία απέδωσε σκληρότητα 1. Σελίδα 1 από 13

2 Έτσι εάν ένα υλικό μπορεί να χαραχθεί από ένα άλλο που στην κλίμακα Mohs έχει π.χ. σκληρότητα 7 (χαλαζίας/quartz), ενώ μπορεί να χαράξει εκείνο που έχει σκληρότητα 6 (άστριος/feldspar), θα έχει σκληρότητα στην κλίμακα Mohs ίση με 6,5. 2. Στατικές Δοκιμές Επειδή τα αποτελέσματα των σκληρομετρήσεων διαφέρουν από μέθοδο σε μέθοδο, κάθε ένδειξη της σκληρότητας πρέπει να συνοδεύεται και από τα χαρακτηριστικά της δοκιμής. Σχετική με την έννοια της σκληρότητας είναι η έννοια της κατεργασιμότητας των μετάλλων. Όσο σκληρότερο είναι ένα υλικό, τόσο δυσκολότερα κατεργάζεται. Οι διάφορες μέθοδοι σκληρομετρήσεως χωρίζονται σε τρεις γενικές κατηγορίες : α. Τις μεθόδους στατικής μέτρησης της σκληρότητας. β. Τις μεθόδους δυναμικής μέτρησης της σκληρότητας. γ. Τη μέτρηση της σκληρότητας με εγχάραξη. Οι πιο συνηθισμένες στατικές δοκιμές σκληρομέτρησης είναι τρείς : α. Η μέθοδος Brinell β. Η μέθοδος Vickers και γ. Η μέθοδος Rockwell Ως μέτρο σκληρότητας στις δοκιμές λαμβάνεται είτε το βάθος διείσδυσης του διεισδυτή, είτε η εφαρμοζόμενη τάση στην επιφάνεια της σχηματιζόμενης ουλής. Διαφορετικές μέθοδοι προσδιορισμού της σκληρότητας δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα, γιατί μετρούν διαφορετικές ποσότητες με διαφορετικούς διεισδυτές και με διαφορετικό τρόπο. Δεν υπάρχει απόλυτη κλίμακα για τη σκληρότητα και κάθε τύπος δοκιμής έχει τη δική του κλίμακα προσδιορισμού της σκληρότητας. Για την ακριβή διεξαγωγή μια σκληρομέτρησης είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούνται οι κατάλληλες για κάθε περίπτωση μηχανές σκληρομέτρησης και να εξασφαλίζεται η κατάλληλη στήριξη, με ειδικές βάσεις στήριξης των δοκιμίων κατά τη διάρκεια της δοκιμής. Αυτό είναι αναγκαίο. Γιατί οποιαδήποτε μετακίνηση του δοκιμίου κατά τη διαδικασία της φόρτισης και στη συνέχεια της μέτρησης του βάθους της ουλής, θα επηρεάσει την πλαστική παραμόρφωση ή το μέγεθος της μετρούμενης ποσότητας αντίστοιχα. 2.1 Δοκιμή Μέθοδος Brinell Η στατική μέθοδος προσδιορισμού της σκληρότητας που χρησιμοποιείται περισσότερο σήμερα, είναι η μέθοδος Brinell (Johan August Brinell, 1900, Σουηδία). Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή ως διεισδυτής χρησιμοποιείται σφαίρα διαμέτρου D κατασκευασμένη από χάλυβα υψηλής αντοχής. Η σφαίρα αυτή πιέζεται ομαλά και κάθετα με φορτίο Ρ στη λειασμένη επιφάνεια του δοκιμίου που πρόκειται να ελεγχθεί (σχήμα 2). Μετά την αποφόρτιση και εφόσον ελήφθει η πρόνοια ώστε η φόρτιση να διαρκέσει αρκετά, ώστε να δημιουργηθεί πλαστική παραμόρφωση στο δοκίμιο, μετράται η διάμετρος d της ουλής που σχηματίσθηκε. Τότε η σκληρότητα κατά Brinell, BHN ή HB (Brinell Hardness Number ή Harte Brinell), ορίζεται ως ο λόγος του φορτίου δοκιμής προς την επιφάνεια της ουλής και δίδεται από τη σχέση : BHN = P π D h = 2 P π D (D D 2 d 2 ) όπου : h το μέγιστο βάθος της ουλής σε mm, - το βέλος του σφαιρικού τμήματος, δηλαδή : h = (D D 2 d 2 )/2 Ρ : το στατικό φορτίο σε Κρ D : η διάμετρος του διεισδυτή σε mm d : η διάμετρος της ουλής σε mm Η σκληρότητα κατά Brinell (BHN) εκφράζεται σε Kp/mm 2 Σελίδα 2 από 13

3 Για την καλή εκτέλεση των μετρήσεων πρέπει να τηρούνται οι παρακάτω κανόνες : α. Η σκληρομετρούμενη επιφάνεια να είναι κάθετη προς το φορτίο και να έχει λειανθεί καλά. β. Το φορτίο να επιβάλλεται ομαλά κατά συνεχή τρόπο και χωρίς κρούσεις. γ. Ο χρόνος να είναι αρκετός ώστε να ολοκληρώνεται η δημιουργούμενη πλαστική παραμόρφωση. Για χάλυβες, ο χρόνος αυτός είναι 10 sec έως 30 sec, για μαγνήσιο ή κράματα μαγνησίου είναι 2 min. Σχήμα 2 : Σχηματική παράσταση σκληρομέτρησης κατά Brinell Η διάμετρος της ουλής δε θα πρέπει να είναι ούτε πολύ μικρή αλλά ούτε πολύ μεγάλη σε σχέση με τη διάμετρο του διεισδυτή, γιατί τα χείλη της θα είναι τότε είτε ασαφή, είτε θα υπερχειλίζουν, γεγονός που δε μας επιτρέπει την ακριβή εκτίμηση των διαστάσεων της. Η εμπειρία έχει δείξει ότι για να είναι σαφής ο προσδιορισμός των διαστάσεων της ουλής θα πρέπει d/d = 0,2 0,7 ή ισοδύναμα h/d = 0,01 0,15. Από τις πιο πάνω σχέσεις προκύπτει ότι για δεδομένη διάμετρο διεισδυτή D, το επιβαλλόμενο φορτίο P θα πρέπει να υπακούει σε κάποιον περιορισμό. Ο Meyer απέδειξε τη συνθήκη γεωμετρικής ομοιότητας που απαιτείται για τη συγκρισιμότητα των αποτελεσμάτων με διαφορετικά μεγέθη διεισδυτών: d 1/D 1 = d 2/D 2 = ct Από τη συνθήκη αυτή και τον ορισμό της σκληρότητας κατά Brinell, (σχήμα 3), προκύπτει τελικά ότι: P 1/D 1 2 = P 2/D 2 2 = λ = ct Σχήμα 3 : Η Γεωμετρική ομοιότητα στη σκληρομέτρηση Σελίδα 3 από 13

4 Στην πράξη χρησιμοποιούνται διεισδυτές με διαμέτρους D=10 mm, D=5 mm και D=2,5 mm και για τη σταθερά λ έχουμε λ=30, λ=10 και λ=5. Έτσι προκύπτουν 9 συνδυασμοί P και D που μπορούν να καλύψουν το μεγαλύτερο μέρος των συνήθων μετρήσεων. Η συνηθέστερη επιλογή είναι D=10mm και P=3000kp (λ=30) για σχετικά σκληρά υλικά (χάλυβας, χυτοσίδηρος), ενώ P=500kp (λ=5) για μαλακά κράματα (χαλκού, αλουμινίου). Για να αποφευχθεί η υπερβολική παραμόρφωση του διεισδυτή σε δοκιμές με πολύ σκληρά υλικά, αντί χαλύβδινης σφαίρας χρησιμοποιούμε σφαίρα από καρβίδιο του βολφραμίου. Η μέτρηση των διαστάσεων της φωτιζόμενης ουλής μπορεί να γίνει είτε σε μια γυάλινη οθόνη με σταυρόνημα και βερνιέρο (ακρίβεια εκατοστού του mm), είτε στην οθόνη Η/Υ με χρήση ειδικού λογισμικού (σχήμα 4), ενώ οι συσκευές που χρησιμοποιούνται φαίνονται στο σχήμα 5. Σχήμα 4 : Μέτρηση διαστάσεων ουλής Σχήμα 5 : Συσκευές δοκιμής με υδραυλικό σύστημα επιβολής φορτίου Σφάλματα στον προσδιορισμό της σκληρότητας κατά Brinell, μπορεί να οφείλονται : α. Στη μη σωστή λείανση της ελεγχόμενης επιφάνειας, με συνέπεια η περιφέρεια της ουλής είναι ασαφής και άρα δεν προσδιορίζεται με ακρίβεια η διάμετρος της. β. Σε μερικά υλικά το χείλος της ουλής ανεβαίνει, ενώ σε άλλα αντιστρόφως κατεβαίνει (σχήμα 6). Σελίδα 4 από 13

5 Σχήμα 6 : Σφάλματα κατά σκληρομέτρηση κατά Brinell γ. Το σχήμα της ουλής είναι ελλειπτικό ή ωοειδές, όταν ο διεισδυτής έχει φθαρεί ή όταν λόγω της έλασης το μέταλλο έχει καταπονηθεί με διαμήκεις ή εγκάρσιες τάσεις. Για το λόγο αυτό λαμβάνουμε τη μέση τιμή δυο καθέτων διαμέτρων της ουλής. Το σφάλμα μέτρησης της διαμέτρου της ουλής, δε πρέπει να υπερβαίνει το 0,02 mm, διότι τότε το σφάλμα στη μέτρηση της σκληρότητας ξεπερνά τη μονάδα. Ψαθυροί χάλυβες δεν πρέπει να σκληρομετρούνται με τη μέθοδο Brinell, διότι τότε στην περιοχή της ουλής δημιουργούνται ρωγμές ακτινικά διατεταγμένες. Η δοκιμή Brinell είναι η περισσότερο διαδεδομένη στις εφαρμογές, εφόσον βεβαίως δοκιμάζονται υλικά με σχετικά σημαντικό πάχος και τα υλικά δεν είναι πολύ σκληρά. Ο τελευταίος περιορισμός μπαίνει γιατί οι διεισδυτές στις διάφορες συσκευές Brinell κατασκευάζονται από χάλυβα με σκληρότητα κατά Brinell περίπου 450 Kp/mm 2, γεγονός που σημαίνει ότι το πολύ που μπορούμε να σκληρομετρήσουμε είναι υλικά με σκληρότητα μέχρι 400 Kp/mm 2, ώστε να αποφεύγονται μόνιμες παραμορφώσεις στον ίδιο το διεισδυτή. 2.2 Δοκιμή Μέθοδος Vickers Η δοκιμή αυτή στηρίζεται στις ίδιες βασικές αρχές με τη δοκιμή Brinell. Στη μέθοδο προσδιορισμού της σκληρότητας κατά Vickers, (Smith & Sandland, Vickers Ltd, 1924, Ηνωμένο Βασίλειο), χρησιμοποιείται διεισδυτής σχήματος κανονικής τετραγωνικής πυραμίδας με γωνία κορυφής (απέναντι εδρών) 136 ο και του οποίου η κορυφή είναι κατασκευασμένη από διαμάντι (σχήμα 7). Η μέθοδος αυτή είναι κατάλληλη για τον προσδιορισμό οποιασδήποτε σκληρότητας, από τιμές χαμηλές έως πολύ υψηλές και για πολύ μικρά και λεπτά δοκίμια. Η σκληρότητα Vickers συμβολίζεται με τα γράμματα HV ή VHN (Harte Vickers ή Vickers Hardness Number) και ακολουθεί ο αριθμός σκληρότητας που εκφράζεται σε μονάδες τάσης (Kp/mm 2 ). Σχήμα 7 : Σχηματική παράσταση σκληρομέτρησης κατά Vickers Σελίδα 5 από 13

6 Η σκληρότητα κατά Vickers ορίζεται από το λόγο του φορτίου Ρ προς το εμβαδόν της ουλής S, και είναι : οπότε : VHN = P/S S = d 2 /2 cos22 = d 2 /2 sin(136/2) VHN = P/S = Ρ/(d 2 /2 cos22) =P/[d 2 /2 sin(136/2)]= 1,8544 Ρ/d 2 όπου d : η διαγώνιος της βάσης του αποτυπώματος της ουλής ή η μέση τιμή των δυο διαγωνίων της ορθογωνικής ουλής σε mm (σχήμα 7, 8 και 9), δηλ : d = (d1+d2)/2. Από τη γεωμετρία της πυραμίδας προκύπτει ότι το βάθος h της ουλής είναι h = d/7. Σχήμα 8 : Σκληρομέτρηση κατά Vickers Σχήμα 9 : Γεωμετρία του διεισδυτή Τα επιβαλλόμενα φορτία μπορεί να μεταβάλλονται από 0,1 έως 60 Κρ και έτσι μπορούμε να ε- κλέξουμε το κατάλληλο φορτίο ώστε το βάθος h να είναι πολύ μικρότερο από το πάχος του δοκιμίου. Η δοκιμή του διεισδυτή, η επιλογή της γωνίας των 136 ο έγινε έτσι ώστε να αντιστοιχεί σε δοκιμή Brinell με λόγο d/d = 3/8 = 0,375. Είναι εύκολο να αποδειχθεί ότι στη δοκιμή Vickers η σχέση μεταξύ βάθους h της ουλής και της μέσης τιμής d των διαγωνίων της βάσης του αποτυπώματος είναι h/d = 1/7 = 0,143. Τα μικρά βάθη διείσδυσης που οφείλονται στην αμβλεία γωνία των 136 ο επιτρέπουν τη σκληρομέτρηση λεπτών δοκιμίων. Στο σχήμα 10, φαίνονται οι διαστάσεις των διεισδυτή, γωνία των 136 ο, καθώς και το ύψος αυτού. Σελίδα 6 από 13

7 Σχήμα 10 : Σχηματική παράσταση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της μεθόδου Vickers Η σκληρότητα κατά Vickers και Brinell περίπου συμπίπτουν μέχρι εκεί που μπορεί να εφαρμοστεί η μέθοδος Brinell, όπως φαίνεται στο σχήμα 11. Σχήμα 11 : Σύγκριση μεθόδων Brinell - Vickers Οι τυποποιημένες εργαστηριακές συσκευές (σχήμα 12), για τον υπολογισμό της σκληρότητας Vickers έχουν σύστημα επιβολής του εκλεγόμενου κάθε φορά φορτίου με τη βοήθεια μοχλού και δίσκων συγκεκριμένου βάρους, ενώ ταυτόχρονα έχουν σύστημα φωτισμού του αποτυπώματος και μεγεθυντική διόπτρα παρατήρησης με σταυρόνημα, έτσι ώστε να μπορεί να εκτιμηθεί το μήκος d των διαγωνίων της βάσης του αποτυπώματος με μεγάλη ακρίβεια. Δηλαδή, η μέτρηση των διαστάσεων της φωτιζόμενης ουλής μπορεί να γίνει, είτε σε μια γυάλινη οθόνη με σταυρόνημα και βερνιέρο (σχήμα 13), είτε στην οθόνη Η/Υ με χρήση ειδικού λογισμικού (σχήμα 4). Σε αυτή τη μέθοδο, όπως και στη μέθοδο Brinell, για την εκτίμηση της σκληρότητας ενός υλικού, για ένα τυπικό πείραμα κάνουμε τουλάχιστον 3 διαδοχικές σκληρομετρήσεις στο υπό εξέταση δοκίμιο σε θέσεις που απέχουν μεταξύ τους απόσταση μεγαλύτερη από το διπλάσιο της πλευράς της βάσης του χρησιμοποιούμενου διεισδυτή για να αποφεύγεται η αλληλεπίδραση στη διαμόρφωση του περιγράμματος των ουλών. Σελίδα 7 από 13

8 Σχήμα 12 : Συσκευή δοκιμής Vickers Σχήμα 13 : Διάταξη διόπτρας 2.3 Δοκιμή Μέθοδος Rockwell Στις προηγούμενες μεθόδους προσδιορισμού της σκληρότητας κατά Brinell και Vickers, απαιτείται διαμόρφωση του δοκιμίου με μετρήσεις ακριβείας, επεξεργασία των αποτελεσμάτων για τον προσδιορισμό του αριθμού της αντίστοιχης σκληρότητας. Με τη μέθοδο Rockwell (1914, H. & S. Rockwell, ΗΠΑ με βάση την ιδέα του Αυστριακού καθ. Paul Ludwik από το 1908), θεραπεύονται τα μειονεκτήματα αυτά και η σκληρότητα δίδεται απευθείας από τη μηχανή σε κατάλληλη κλίμακα. Η μέθοδος Rockwell είναι μια απλή και γρήγορη μέθοδος κατά την οποία ως αριθμός σκληρότητας χρησιμοποιείται το βάθος του διεισδυτή μετρημένο με μονάδα μέτρησης τα 2 μικρά (0,002 mm). Κατά συνέπεια η σκληρότητα Rockwell έχει διαστάσεις μήκους, σε αντίθεση με τις Brinell και Vickers που έχουν διαστάσεις τάσης. Σελίδα 8 από 13

9 Κατά τη μέθοδο αυτή το φορτίο επιβάλλεται σε 2 στάδια. Κατά το πρώτο στάδιο όπου το επιβαλλόμενο φορτίο είναι 10 kp (minor load) δημιουργείται μια μικρή ουλή που ισοδυναμεί με τοπική λείανση και το βάθος της λαμβάνεται ως βάθος αναφοράς. Κατά το δεύτερο στάδιο επιβάλλεται ένα μεγαλύτερο φορτίο (major load) το οποίο είναι συνήθως 60, 100 ή 150 kp (ανάλογα και με το είδος του διεισδυτή) για συγκεκριμένο χρόνο. Η σκληρότητα Rockwell είναι η διαφορά του βάθους διείσδυσης της πρώτης φόρτισης από το βάθος διείσδυσης μετά την αφαίρεση του 2 ου φορτίου σε χιλιοστά (mm). Το βάθος διείσδυσης μετρείται με ειδικό μικρόμετρο ενσωματωμένο στη συσκευή σκληρομέτρησης. Χρησιμοποιούνται 2 είδη διεισδυτών: α. Κώνος από διαμάντι με γωνία κορυφής 120 ο και ελαφρά στρογγυλεμένη κορυφή (Μέθοδοι Rockwell C, Rockwell A και Rockwell D) β. Χαλύβδινη σφαίρα με διάμετρο 1,6mm (1/16 in) ή 3,18mm (1/8 in) ή 6.35mm (1/4 in) ή 12,7 mm (1/2 in) οπότε έχουμε τις μεθόδους Rockwell B, Rockwell E, Rockwell M και Rockwell R, αντιστοίχως. Με τους συνδυασμούς φορτίων και διεισδυτών μπορούμε να καλύψουμε τις ανάγκες σκληρομέτρησης ευρείας γκάμας υλικών. Το αποτέλεσμα της σκληρομέτρησης διαβάζεται απευθείας από τη συσκευή μετά την ολοκλήρωση του πειράματος. Η σκληρότητα Rockwell δίνεται πάντα με προσδιορισμό της μεθόδου με βάση την οποία προέκυψε. Έτσι, για παράδειγμα, δεν έχει νόημα να γράψουμε HR60 (60 Rockwell), το σωστό είναι HRC60 (60 Rockwell C). Η αρχή λειτουργίας της μεθόδου είναι η εξής : Πρώτα ο διεισδυτής συμπιέζεται με ένα μικρό φορτίο Ρο το οποίο δημιουργεί μια μικρή ουλή (σχήμα 14α), και ενώ το φορτίο Ρο δρα ακόμα, ο διεισδυτής συμπιέζεται με ένα δεύτερο κύριο φορτίο Ρ1. Στη συνέχεια το κύριο φορτίο αφαιρείται και παραμένει το αρχικό Ρο. Η μέθοδος Rockwell θεωρεί ότι σε ένα βάθος e η σκληρότητα είναι ίση με μηδέν. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση από το βάθος αυτό, δηλαδή όσο μικρότερη είναι η διείσδυση, τόσο μεγαλύτερη είναι και η σκληρότητα του υλικού. Έτσι με τη μέθοδο Rockwell C ορίστηκε e = 0,2 mm, ενώ για την Rockwell Β, ορίστηκε e = 0,26 mm. Σχήμα 14 : Αρχή λειτουργίας μεθόδου σκληρομέτρησης Rockwell Οπότε, για τη σκληρότητα αντίστοιχα έχουμε : (RHN) C = (0,20 mm e)/0,002mm = 100 e (RHN) B = (0,26 mm e)/0,002mm = 130 e όπου : e και e το βάθος της διείσδυσης σε μονάδες mm. Η σκληρότητα κατά Rockwell είναι αδιάστατος αριθμός και είναι τόσο μεγαλύτερη, όσο μικρότερο είναι το βάθος της διείσδυσης. Οι δοκιμές Rockwell προσφέρονται αντίστοιχα για περιοχές όπου η σκληρότητα είναι : 20 (RHN) C (RHN) Β 67 Σελίδα 9 από 13

10 Η σκληρομέτρηση κατά Rockwell C, φαίνεται παραστατικά στο σχήμα 15, ενώ η σκληρομέτρηση κατά Rockwell Β, στο σχήμα 16. Σχήμα 15 : Αρχή σκληρομέτρησης κατά Rockwell - C Σχήμα 16 : Αρχή σκληρομέτρησης κατά Rockwell - B Οι συνήθεις εργαστηριακές συσκευές για τη σκληρομέτρηση Rockwell είναι έτσι κατασκευασμένες ώστε η τελική ανάγνωση στην κλίμακα του οργάνου, μετά την αφαίρεση του δεύτερη φορτίου, να δίνει κατευθείαν τη σκληρότητα κατά Rockwell χωρίς ο παρατηρητής να χρειάζεται να κάνει καμία αφαίρεση. Μία σύγχρονη συσκευή σκληρομέτρησης κατά Rockwell, φαίνεται στο σχήμα 17. Υπάρχουν ε- μπειρικές σχέσεις που συνδέουν τις σκληρότητες RHNC και RΗΝΒ με τη σκληρότητα BHN30 και είναι : BHN 30 ~ 10 RHN C ~ 7300/(130 RHN B) Επίσης η σκληρότητας σε διάφορες κλίμακες, φαίνεται στο σχήμα 18. Σελίδα 10 από 13

11 Σχήμα 17 : Σύγχρονη συσκευή σκληρομέτρησης Rockwell Σχήμα 18 : Σκληρότητα σε διάφορες κλίμακες Σελίδα 11 από 13

12 3. Σύγκριση και χαρακτηριστικά των τριών μεθόδων σκληρομέτρησης α. Η μέθοδος Brinell είναι ακριβής, γιατί στον προσδιορισμό της σκληρότητας συμμετέχει μεγάλη μάζα υλικού. Προσφέρεται για υλικά με μικρή σκληρότητα, σε δοκίμια μεγάλων διαστάσεων, για τα οποία απαιτείται καλή λείανση της επιφανείας τους. Προσφέρεται όμως και για τον προσεγγιστικό προσδιορισμό της αντοχής σε εφελκυσμό του ελεγχόμενου υλικού. Τέλος η μέθοδος αυτή δημιουργεί μεγάλες ουλές στην επιφάνεια του δοκιμίου και ο χρόνος που απαιτείται γιαυτό είναι μεγαλύτερος των άλλων δοκιμών. β. Η μέθοδος Vickers προσφέρεται για λεπτά και πολύ σκληρά δοκίμια, αφού ο διεισδυτής για τη μέθοδο αυτή είναι αρκετά μικρός και είναι κατασκευασμένος από διαμάντι που είναι το σκληρότερο από όλα τα υλικά. Και για τη μέθοδο αυτή απαιτείται λείανση των δοκιμίων, δημιουργεί όμως πολύ μικρές ουλές που για την παρατήρηση τους απαιτείται ειδική διόπτρα. γ. Η μέθοδος Rockwell είναι γρήγορη, παρέχει απευθείας την τιμή της σκληρότητας ενός υ- λικού, δεν απαιτεί προηγούμενη λείανση της επιφάνειας των δοκιμίων, δημιουργεί μικρές ουλές και προσφέρεται για οποιαδήποτε μέτρηση σκληρότητας, αφού υπάρχει δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί και διεισδυτής από διαμάντι (κωνικός). Ιδιαίτερα η μέθοδος αυτή προσφέρεται για σκληρομετρήσεις σε δοκίμια με θερμοκρασίες διάφορες από αυτές του περιβάλλοντος. Τα προσφερόμενα κύρια χαρακτηριστικά των τριών δοκιμών σκληρομέτρησης περιέχονται συγκεντρωμένα στον πίνακα 1, ενώ ο συγκεντρωτικό πίνακας των μεθόδων, στο σχήμα 19. Πίνακας 1 : Κύρια χαρακτηριστικά των δοκιμών σκληρομέτρησης Σχήμα 19 : Συγκεντρωτικός πίνακας μεθόδων σκληρομέτρησης Σελίδα 12 από 13

13 Βιβλιογραφία [1] Ν. Ανδριανοπουλος, Ε. Κυριαζή, Κ. Λιακόπουλος, Πειραματική Αντοχή των Υλικών, Εκδόσεις Συμεών, Αθήνα [2] Ι. Πρασιανάκης, Σ. Κουρκουλής, Σημειώσεις για τα Εργαστήρια Πειραματικής Αντοχής Υλικών, Εκδόσεις Ε.Μ.Π., Αθήνα [3] Θ. Παπαθανασίου, Σημειώσεις Σκληρομέτρησης Εργαστηρίου Αντοχής Υλικών Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε., Αθήνα. Σελίδα 13 από 13