LOGO

ODREĐIVANJE TVRDOĆE MATERIJALA

Pojam tvrdoća materijala

Pod pojmom tvrdoća materijala podrazumeva

se otpor koji materijal pruža prodiranju nekog

tvrđeg tela u njegovu površinu.

Tvrdoća materijala predstavlja mehaničko

svojstvo materijala.

Tvrdoća nije osnovno svojstvo materijala, ali je u

vezi sa elastičnim i plastičnim svojstvima.

Metode za određivanje tvrdoće materijala

Statičke:

Brinel (Brinell) metoda HBS, HBW

https://www.youtube.com/watch?v=RJXJpeH78iU

Vikers (Vickers) metoda, HV

https://www.youtube.com/watch?v=7Z90OZ7C2jI

Rokvel (RockweIl) metoda, HRC

https://www.youtube.com/watch?v=G2JGNlIvNC4

Knup (Knoop) metoda, HK

https://www.youtube.com/watch?v=5HcsPgkusZ0

Metode za određivanje tvrdoće materijala

Dinamičke:

Poldi (Poldy) metoda, HPhttps://www.youtube.com/watch?v=u9wZVyHgzYo

Skleroskopska metoda (Shore), HShhttps://www.youtube.com/watch?v=_QwFPfUq3I8

Duroskopska metoda, HD

Specijalne.

Usvojena oznaka za tvrdoću je H.

Metode za određivanje tvrdoće materijala

Kod statičkih metoda sila ispitivanja koja deluje na

utiskivač postepeno raste do maksimalne vrednosti.

Tvrdoća se izražava odnosom sile po jedinici površine

otiska, ili merenjem dubine otiska koji napravi utiskivač

u materijalu izražen u odgovarajućim jedinicama za

tvrdoću.

Kod dinamičkih metoda sila na utiskivaču se

ostvaruje udarom, ili se pak tvrdoća određuje na

osnovu elastičnog odskoka utiskivača od površine koja

se ispituje. Tvrdoća se izražava odnosom sile po

jedinici površine otiska kod nekih metoda, ili je

neimenovan broj izražen u jedinicama nazvanim po

pronalazaču odgovarajuće metode za merenje tvrdoće.

Brinel metoda

Tvrdoća, po metodi Brinell, HB, definiše se kao

odnos sile utiskivanja i površine otiska, koji napravi

kuglica prečnika D, u površini ispitivanog materijala.

Tvrdoća po Brinelu je:

A - površina otiska kalote (mm2)

F - sila utiskivanja (N)

Brinel metoda

Konačan izraz za izračunavanje veličine tvrdoće po

Brinelu je:

F – sila utiskivanja (N),

D - prečnik kuglice - utiskivača (mm),

d - prečnik otiska (mm),

h – dubina kalote (otiska) (mm).

Brinel metoda

Utiskivač

Kuglica od kaljenog čelika – za

tvrdoće manje od 450 HB (HBS)

Kuglica od tvrdog metala – za

tvrdoće od 450 od 650 HB

(HBW)

Otisak u materijalu (kalota)

Brinel metoda

Vrste materijala Veličina sile

Sivi liv i čelik 30 D2

Sivi liv i tvde legure bakra 10 D2

Meke legure CU, Al i legure za ležišta 5 D2

Beli metali i meke legure 2.5 D2

Olovo i meke legure D2

Odnos sile u odnosu na vrstu materijala

Brinel metoda

Označavanje izmerene tvrdoće po Brinelu

Brinel metoda

1 - vreme porasta opterećenja do maksimalne vrednosti (2s –

8s),

2 - vreme trajanja dejstva punog opterećenja. Ovo vreme se

unosi u oznaku pri obeležavanju tvrdoće i zavisi od vrste

materijala

3 - vreme rasterećenja.

Vreme utiskivanja

Brinel metoda

Uslovi ispitivanjaUzorak mora biti stabilan i čist. Površina mora biti čista,

odmašćena i mašinski obrađena.

Debljina uzorka mora biti najmanje 8 – 10 puta veća od dubine

otiska.

Na poleđini uzorka nasuprot otiska posle merenja se ne smeju

videti nikakvi tragovi deformacije.

Odstojanje od sredine otiska do ivice uzorka, kao i odstojanje

izmedju dva susedna centra otiska zavisi od vrste ispitivanog

materijala.

Otisak, koji ostavlja utiskivač, mora da bude takav da obezbedi

što tačnija merenja, odnosno mora da se ispuni uslov d = (0.24 -

0.6)- D.

Ugao izmedju ose utiskivača i površine uzorka mora biti 90°, što

se ostvaruje obradom površine i izborom postolja.

Brinel metoda

Aparat za ispitivanje tvrdoće

Brinel metoda

Postupak ispitivanja

Bira se utiskivač u zavisnosti od debljine materijala,

Utiskivač se postavi u nosač aparata,

Osvetli se površina uzorka,

Pripremljeni uzorak se postavi na postolje i pritegne uz

nosač utiskivača,

Aktivira se aparat i počinje utiskivanje utiskivača,

Posle određenog vremena utiskivanja (2) izvrši se

rasterećivanje,

Vrši se merenje prečnika otiska.

Brinel metoda

Merenje prečnika otiska

Tehnika merenja zavisna je od tačnosti merenja, ali

tačnost ne sme biti manja od 0.25% prečnika utiskivača

D.

Za merenje otiska mogu se koristiti različita merna

sredstva:

pomoću lenjira (tačnost 1/100 i 1/50 mm),

pomoću lupe sa mikroskopom (tačnost 1/100 mm),

pomoću projekcionog ekrana i odgovarajućeg

optičkog sistema i mehanizma (tačnost merenja 1/1000

mm).

Vikers metoda

Tvrdoća, po Vikers metodi, se definiše kao

količnik sile, kojom se deluje na dijamantski utiskivač u

obliku pravilne četvorostrane piramide sa uglom pri

vrhu od 136°, i površine otiska utiskivača u površini

ispitivanog materijala.

Tvrdoća po Vikersu je:

F – sila utiskivanja (N),

A – površina otiska u obliku pravilne četvorostranične

piramide sa kvadratnom osnovom (mm2),

Vikers metoda

Konačan izraz za izračunavanje veličine tvrdoće po

Vikersu je:

F – sila utiskivanja (N),

d – dijagonala otiska (mm),

h – dubina otiska (mm),

a – stranica kvadrata (mm)

Vikers metoda

Otisak u materijalu

Utiskivač

Utiskivač je izrađen od dijamanta u

obliku pravilne četvorostrane piramide

sa uglom pri vrhu 136°±0.5°. Stranice

utiskivača moraju biti podjednako

nagnute prema osi, tako da linija veze

izmedju suprotnih stranica ne bude

duža od 0.002 mm.

Vikers metoda

Označavanje izmerene tvrdoće po Vikersu

Vikers metoda

Vreme utiskivanja

Potrebno vreme utiskivanja utiskivača u površinu

uzorka materijala mora da obezbedi ravnomerni prirast

sile do odabrane vrednosti. Ovo vreme nanošenja sile

iznosi 10-15 s. Za slučaj prekoračenja ovog vremena

neophodno je naznačiti ga u oznaci.

Vikers metoda

Uslovi ispitivanja

Površina uzorka treba da bude ravna, glatka i čista

(brušena i polirana).

Debljina uzorka mora biti veća 1.5 puta od

dijagonale otiska.

Odstojanje centra otiska od ivice uzorka, ili do

konture bilo kog drugog otiska, ne sme biti manja od

dijagonale otiska.

Utiskivač mora biti upravan na površinu uzorka.

Vikers metoda

Aparat za ispitivanje tvrdoće

Vikers metoda

Postupak ispitivanja

Izvrši se provera ispravnosti dijamantskog utiskivača i

učvrsti u odgovarajući nosač.

Izabere se sila utiskivanja.

Na odgovarajuće postolje aparata postavlja se i pričvrsti

pripremljeni uzorak.

Započne se utiskivanje utiskivača.

Kada opterećenje postigne odabranu vrednost, počinje

se sa merenjem vremena trajanja opterećenja.

Po isteku ovog vremena izvrši se rasterećenje.

Vrši se merenje se obe dijagonale otiska. Merenje se

vrši pomoću optičkog sistema koji se nalazi na aparatu.

Upoređenje rezultata po metodama

Brinell

-Najtačnije vrednosti tvrdoće obzirom na veličinu otiska i

stanje površine, za velike preseke

-Ograničenje pri merenju tvrdoće (deformacija kuglice):

HB450 za kuglicu od kaljenog čelika

450HB650 za kuglicu od tvrdog čelika

Vickers

-Mali otisak, za tanke uzorke, niske i visoke tvrdoće

-Priprema površine poliranjem

-Kvadratni otisak, tačnije očitanje od Brinell metode

Rockwell

-Manja tačnost od Brinell metode, za tanje uzorke,

jednostavno ispitivanje

HRB – za meke materijale

HRC – za tvrde materijale (kaljeni čelik)

Tvrdoća po Brinell-u = 200 HB

Tvrdoća po Vickers-u = 200 HV

Tvrdoća po Rockwell-u = 90 HRB

Zatezna čvrstoća: Rm ~700 MPa

Metode za određivanje tvrdoće materijala

Poldi metoda

Poldi metoda, u suštini, predstavlja jednu vrstu

Brinelove metode. Sastoji se u upoređenju tvrdoće

poznatog materijala (etalona) sa tvrdoćom ispitivanog

materijala. Kod Poldi metode kao utiskivač koristi se

okaljena čelična kuglica prečnika D=10mm. Utiskivač

se istovremeno utiskuje u ispitivani materijal i etalon

poznate tvrdoće.

Ispitivanje tvrdoće Poldi 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 sl.).

Poldi metoda

Merenjem prečnika otiska, određuje se tvrdoća

ispitivanog predmeta pomoću tabela datih uz aparat.

Tvrdoća se može odrediti i analitički merenjem prečnika

otisaka kalote u materijalu i etalonu, na osnovu poznate

tvrdoće etalona (HBS), prema izrazu:

HBS - tvrdoća etalona izmerena po

Brinel metodi,

D - prečnik utiskivača – kuglice (mm),

de - prečnik otiska u etalonu (mm),

dm - prečnik otiska u materijalu (mm).

Poldi metoda

Utiskivač – Poldijev čekić

Poldi metoda

Razlika vrednosti tvrdoća po Brinel i Poldi metodi ne

prelazi 2%. Kod tvrdih materijala brojna vrednost

tvrdoće po Poldi metodi je veća, a za mekše materijale

je manja.

Poldi metoda

Uslovi ispitivanja

Površina merenja mora da je čista i obrađena

mašinskom obradom.

Prečnik utiskivača je uvek D= 10 mm.

Ostvareni prečnici otisaka mora da leže u granicama d=

2-4 mm.

Sila kojom se deluje na utiskivač je dinamičkog

karaktera (udar ručnim čekićem).

Osa udara mora biti upravna na površinu predmeta.

Maksimalna tvrdoća merne površine predmeta mora biti

manja od 450 HBS.

Tvrdoća etalon predmeta mora biti ravnomerna po

celom preseku i određena po Brinel metodi.

Poldi metoda

Postupak ispitivanja

Poldijev čekić se pripremi za rad postavljanjem

etalon-šipke u otvor čekića;

Na pripremljenu površinu koja se ispituje postavi se

Poldijev čekić tako da njegova osa bude upravna na

površinu;

Odgovarajućim udarom ručnim čekićem izvodi se

utiskivanje kuglice u površinu etalona i materijala;

Dobijeni otisci se mere;

Na osnovu poznatog izraza ili pomoću tabela

određuje se tvrdoća po Poldi metodi.

LOGO

Korišćen je materijal za vežbe sa Mašinskog fakulteta Kragujevac