Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών

Transcript

1 Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών Εργαστηριακή Άσκηση 06 Μετρήσεις Σκληρότητας Διδάσκοντες: Δρ Γεώργιος Ι. Γιαννόπουλος Δρ Θεώνη Ασημακοπούλου Δρ Θεόδωρος Λούτας Τμήμα Μηχανολογίας ΑΤΕΙ Πατρών Πάτρα

2 Σκληρότητα Σκληρότητα είναι η βαθμός αντίστασης ενός υλικού στην πλαστική παραμόρφωση που προκαλείται από την διείσδυση άλλων σωμάτων σε αυτό Μεγάλη σπουδαιότητα των σκληρομετρήσεων για τη βιομηχανία μετάλλου και πλαστικού H σκληρομέτρηση συμβάλει στον ολοκληρωμένο Ποιοτικό Έλεγχο και την Διασφάλιση Ποιότητας μιας επιχείρησης 2

3 Παρεχόμενες Πληροφορίες από Σκληρομετρήσεις Προσδιορισμός υλικού Πληροφορίες σχετικά με αντοχή σε εφελκυσμό Έλεγχος ορθής διαδικασίας θερμικής κατεργασίας Έλεγχος ποιότητας επιφανειακών κατεργασιών Συμπεριφορά και αντοχή του υλικού κατά την διάρκεια του χρόνου Συμπεριφορά του υλικού σε συνθήκες φθοράς και καταπόνησης Έλεγχος μείωσης αντοχής μετά από θερμική κατεργασία 3

4 Χαρακτηριστικά Σκληρομέτρησης Προσδιορίζει την σκληρότητα που είναι χαρακτηριστική ιδιότητα του υλικού Είναι μια γρήγορη, απλή, εύκολη και αξιόπιστη μέτρηση Μπορεί να συσχετιστεί άμεσα με την αντοχή σε εφελκυσμό. Μεγαλύτερη σκληρότητα μεγαλύτερη αντοχή σε εφελκυσμό. Είναι γενικά ένας Μη-Καταστροφικός έλεγχος Οι τιμές που δίνει εξαρτώνται από τη μεθοδολογία που ακολουθήθηκε 4

5 Μέθοδοι Σκληρομέτρησης 1. Στατικές μέθοδοι i. Brinell ii. Rockwell iii. Vickers iv. Shore 2. Δυναμικές μέθοδοι (μέθοδος Equotip) 5

6 Μέθοδος Brinell Εφαρμόζεται φορτίο 500Kgr, 1500 ή 3.000Kgr Τα 500 Kgr για χαλκό αλουμίνιο και άλλα μη σιδηρούχα υλικά Τα 1500 Kgr για κράματα αλουμινίου Τα Kgr για χάλυβα, χυτοσίδηρο και άλλα σκληρά υλικά Ο χρόνος εφαρμογής του φορτίου είναι 10 έως 15 sec Για σκληρά υλικά είναι 30 δευτερόλεπτα Για ακρίβεια των μετρήσεων θα πρέπει το δοκίμιο είναι παχύ Επίσης θα πρέπει να έχει λειανθεί καλά Εφαρμόζεται κυρίως σε χυτά ή χυτοπρεσαριστά υλικά που δεν είναι πολύ σκληρά Εφαρμόζεται σε δοκίμια σχετικά μεγάλου πάχους (τουλάχιστον 10 φορές το βάθος του αποτυπώματος) Το δοκίμιο μετά την σκληρομέτρηση δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί λόγω του βάθους του αποτυπώματος 6

7 ...Μέθοδος Brinell HB F A D( D 2F D 2 d 2 ) ΗΒ = σκληρότητα κατά Brinell (kp/mm 2 ) F = φορτίο (kp) A = επιφάνεια αποτυπώματος (mm 2 ) D = διάμετρος σφαίρας (mm) d = διάμετρος αποτυπώματος (mm) Σφαίρα: Χάλυβας-καρβίδιο του βολφραμίου 7

8 Μέθοδος Rockwell Στο πρώτο στάδιο εφαρμόζεται ένα αρχικό φορτίο για κάποια δευτερόλεπτα και επιτυγχάνεται ένα αρχικό βάθος διείσδυσης Αφού επέλθει ηρεμία στο σύστημα, παράλληλα με το αρχικό φορτίο, ασκείται το τελικό φορτίο για περαιτέρω διείσδυση Αφού επέλθει πάλι ηρεμία στο σύστημα αφαιρείται το τελικό φορτίο και παραμένει μόνο το αρχικό Η μέτρηση προκύπτει από την τελική σχετική βύθιση Μεγάλη ταχύτητα εξαγωγής των αποτελεσμάτων Μικρός χρόνος διεξαγωγής της μέτρησης Η στήριξη του δοκιμίου επηρεάζει τη μέτρηση 8

9 ...Μέθοδος Rockwell HR E e ΗR = σκληρότητα κατά Rockwell E = σταθερά e = σχετική βύθιση (/0.02mm) 9

10 Μέθοδος Vickers Χρησιμοποιείται για λεπτά και σκληρά δοκίμια Βασίζεται στην αργή επιβολή φορτίου, μέσω αδαμάντινου διεισδυτή Ο διεισδυτής έχει σχήμα κανονικής τετραγωνικής πυραμίδας Το φορτίο κυμαίνεται από 1 έως 120 Kgr Ο χρόνος εφαρμογής του είναι περίπου 10-15sec Η μέτρηση της σκληρότητας του δοκιμίου γίνεται από την μέτρηση των διαστάσεων του αποτυπώματος μέσω ενός ενσωματωμένου συστήματος φωτισμού και μεγεθυντικών φακών Αξιόπιστη Ένας τύπος διεισδυτή Μέτρηση σκληρών, μαλακών, κεραμικών Μεγάλο κόστος αγοράς Απαιτείται εξαιρετική λείανση 10

11 Μέθοδος Vickers HV F A F d 2 ΗV = σκληρότητα κατά Vickers (kp/mm 2 ) F = δύναμη (kp) A = επιφάνεια αποτυπώματος(mm 2 ) d = διαγώνιος αποτυπώματος (mm) Πυραμίδα: Διαμάντι Οπτική μέτρηση αποτυπώματος 11

12 Μέθοδος Shore Κυρίως για πλαστικά (συχνά και Rockwell) Δύο κλίμακες: Shore A για μαλακά ελαστικά και D για σκληρά πλαστικά Χρησιμοποιείται φορητό όργανο γνωστό και ως Durometer Η τιμή της σκληρότητας προκύπτει από την αντίσταση του υλικού στην διείσδυση μίας ακίδας Η ακίδα είναι είτε σφαιρική (Shore A) είτε κωνική (Shore D) Η δύναμη διείσδυσης είναι 822gr για Shore A και 4550gr για Shore D Ασκείται 15 δευτερόλεπτα πάνω στο δοκίμιο Από το βάθος της διείσδυσης προκύπτει η σκληρότητα Αναγράφεται πάνω στο όργανο (ωρολογιακής ή ηλεκτρονικής ένδειξης) 12

13 Μέθοδος Equotip Το σώμα πρόσκρουσης απελευθερώνεται από ελατήριο και προσπίπτει στο δοκίμιο Η ταχύτητα πτώσης και αναπήδησης του μετρούνται (εσωτερικά του αισθητήρα) σε απόσταση 1mm από το δοκίμιο Από την διαφορά στις ταχύτητες, πριν και μετά την αναπήδηση, προκύπτει η τιμή της σκληρότητας του μετάλλου Άνετη μεταφορά (φορητό) Ευκολία στην χρήση Άμεση ανάγνωση της μέτρησης Υψηλή ακρίβεια των μετρήσεων Υψηλή επαναληψιμότητα μετρήσεων Αυτόματης μετατροπής στις άλλες κλίμακες σκληρομέτρησης και σε αντοχή εφελκυσμού Μέτρηση προς κάθε κατεύθυνση Μέτρηση καμπύλων & κοίλων επιφανειών Χρήση για όλα τα μεταλλικά και πλαστικά υλικά 13

14 Συσχέτιση Σκληρότητας - Αντοχής σε Εφελκυσμό Χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας C (<1%) (HB ): σ u =0,34 HB (kp/mm 2 ) Χαλκός, ορείχαλκος, μπρούτζος ανοπτημένος: σ u = 0,55 HB (kp/mm 2 ) Αλουμίνιο και κράματα αλουμινίου (HΒ μεταξύ 20-25): σ u =0,33-0,36 ΗΒ (kp/mm 2 ) 14

15 Πειραματική διαδικασία Σκοπός της άσκησης είναι η εξοικείωση του φοιτητή με την ιδιότητα της σκληρότητας αλλά και τις μεθόδους Σκληρομέτρησης Πραγματοποιούνται σκληρομετρήσεις σε: Χαλύβδινα δοκίμια Ορειχάλκινα δοκίμια Χρησιμοποιώντας: i. Τη μέθοδο Brinell ii. Τη μέθοδο Equotip 15