MTDII 1

Zkoušky tvrdostiZkoušky technologických vlastnostíEmail: mhorakova@pf.jcu.czTel: 387 77 3057

Zkoušky tvrdosti TVRDOST = odpor materiálu proti vnikání

cizího tělesa do jeho povrchu. PRINCIP ZKOUŠEK: těleso vhodného tvaru

– indentor (kulička, kužel, jehlan) – z vhodného, dostatečně tvrdého materiálu (kalená ocel, slinuté karbidy, diamant) je zatlačováno do materiálu určitou silou za definovaných podmínek.

Tvrdost se posuzuje dle vtisku, který v materiálu zanechá indentor.

MTDII 2

Rozdělení zkoušek tvrdosti

ZKOUŠKY TVRDOSTI

1. Statické vrypové vnikací

2. Dynamické odrazové

MTDII 3

Statické zkoušky tvrdosti - VNIKACÍ

a) Dle Brinella HB

b) Dle Rockwella HRA, HRB, HRC

c) Dle Vickerse HV

d) Dle KnoopaMTDII 4

Tvary nejčastěji užívaných vnikacích těles a zjišťované rozměry vtisků při měření tvrdosti

Zkouška dle Brinella Základní označení HB. Indentor- ocelová kalená kulička (do 400HB) nebo ze

slinutých karbidů.- průměr indentoru D – 10, 5, 2.5, 1.25 a 0.625

mm Zatěžovací síla F [N] – ocel = 300.D2

- neželezné kovy = 100.D2

- velmi měkké slitiny = 25.D2

MTDII 5

Zkouška dle Brinella Norma určuje také dobu zatížení podle

charakteru zkoušeného materiálu. Měří se průměr vtisku, a to ve dvou

vzájemně kolmých směrech. Vtisk totiž v důsledku deformace materiálu (naznačeno v obrázku) nemusí mít zcela pravidelně kruhový průmět.

Měřítkem tvrdosti je poměr velikosti zatěžovací síly k ploše vtisku (jako kulového vrchlíku) podle vzorce

MTDII 6 22 dDDπ.D

0,102.2FSFHB

F

d

vtisk

D

F

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

Zkouška dle Rockwella Základní označení HR – (HRA – F = 600 N,

HRB – kulička (ang. ball), HRC – kužel (ang. cone). Indentor- Diamanotvý kužel s vrcholovým úhlem 120°

nebo kulička – kalená ocel (Ø = 1/16 ´´ palce = 1.587 mm) pro měkčí materiály.

Zatěžovací síla F [N] – dle použitého indentoru a vlastností měřeného materiálu.

MTDII 7

Zkouška dle Rockwella - HRC

1. Kužel se přiblíží k povrchu zkoušeného materiálu.

2. Po dotyku se zatíží předběžným zatížením 100 N a pomalu se vtlačí do povrchu. Cíl = prolomení povrchové vrstvy zkoušeného materiálu, která může mít jiné vlastnosti než materiál uvnitř.

3. Pak se zatížení zvětší na 1500 N.

4. Po uklidnění ukazatele hloubky vtisku na měřicím přístroji (asi 10 sekund) se kužel opět odlehčí na 100 N.

MTDII 8

F = 100 N F = 1500 N F = 100 N

HRC

0,2základní úroveň měření

Tvrdost je určena z rozdílu hloubky 0,2 mm, ve které se nachází základní (pomyslná) úroveň měření a hloubky, ve které se nachází vrchol kužele po odlehčení. Údaj tvrdosti se vypočte vydělením zmíněného rozdílu jednotkou tvrdosti podle Rockwella, kterou je 0,002 mm.

60002,012,0

HRCPříklad:

Zkouška dle Rockwella – HRA, HRB

Při zjišťování tvrdosti tenkých povrchových vrstev nebo křehkých materiálů se užívá celkového zatížení pouze 600 N. Takto zjištěná tvrdost se označuje HRA.

Princip zkoušky kuličkou je shodný s výše popsaným postupem, celkové zatížení je však jen 1000 N - HRB

Rockwellova zkouška má široké uplatnění. Je rychlá, vhodná i pro velmi tvrdé materiály. Zanechává nepatrné stopy, takže je použitelná také pro tenké součásti a vrstvy.

MTDII 9http://www.youtube.com/watch?v=G2JGNlIvNC4

Zkouška dle Vickerse Základní označení HV. Indentor- Diamanotvý pravidelný čtyřboký jehlan s

vrcholovým úhlem 136°. Zatěžující síla F [N] - 10, 30, 50, 100, 300, 500, 1000 N.- doba zatížení: 10, 30, 60, 180 s.

MTDII 10

Zkouška dle Vickerse Měří se délky obou úhlopříček d1 a d2, ze

kterých se vypočte střední hodnota d. Vzhledem k velmi malým rozměrům vtisku se měření délky úhlopříček provádí pomocí optického zvětšení.

Měřítkem tvrdosti je poměr zatěžující síly k ploše vtisku (povrchu jehlanovitého důlku)

MTDII 11

22

.189,02136sin..2.102,0

dF

d

F

SFHV

F

136°

d1 d2http://www.youtube.com/watch?v=7Z90OZ7C2jI

Zkouška dle Vickerse Jestliže bylo užito základní zatížení 300 N, zapisuje se

tvrdost bez udání upřesňujících údajů - například HV = 180. Při užití jiného zatížení je nutno toto v označení tvrdosti poznamenat. Tak například označení HV100 = 200 přísluší tvrdosti zjištěné při zatížení 100 N.

Vickersova zkouška má nejširší použití. Jejími výhodami jsou vysoká přesnost, nezávislost výsledku měření na zatěžující síle a velmi malé rozměry vtisku, tedy i malé poškození povrchu kontrolované součásti.

Princip Vickersovy zkoušky je použit i při měření tak zvané mikrotvrdosti, to jest tvrdosti jednotlivých strukturálních součástí kovů (krystalických zrn, nečistot) nebo velmi tenkých materiálů a vrstev. Zatížení je zde jen 0,005 až 1 N. Rozměry vtisku se měří speciálním mikroskopem. Takto zjištěná tvrdost se označuje HVm.MTDII 12

Statické zkoušky tvrdosti - VRYPOVÉ

Vrypové zkoušky tvrdosti mají ve strojírenství malý význam. Zpravidla se užívají pro tvrdé a křehké materiály jako jsou slinuté karbidy, technické sklo, technický porcelán, kalené a jinak tvrzené vrstvy a galvanické povlaky

Zkouška podle Mohse Zkouška podle Martense Zkouška podle Stocka

MTDII 13

Zkouška podle Mohse Nejznámější vrypovou zkouškou = tvrdost dle

Mohsovy stupnice, užívané v mineralogii (mastek, sůl kamenná, vápenec, kazivec, apatit, živec, křemen, topas, korund, diamant).

Princip zkoušky = ve srovnávání tvrdosti zkoušeného materiálu s tvrdostí jmenovaných minerálů, kterými se postupně provádí pokus o vryp do materiálu zkoušeného.

Tato zkouška je pro svoji nepřesnost u kovů užívána jen výjimečně. V technických oborech se uplatňuje při posuzování tvrdých a křehkých izolantů.

Tvrdost zjištěná podle Mohse se označuje HMo.MTDII 14

Zkouška podle Martense Vryp se v povrchu zkoušeného materiálu

vytváří diamantovým kuželovým hrotem o vrcholovém úhlu 90°, zatíženým zvyšující se silou při stanovené rychlosti pohybu. Měřítkem tvrdosti je velikost zatížení potřebného k dosažení šířky vrypu 0,01 mm.

Tvrdost zjištěná podle Martense se označuje HMa.

MTDII 15

B.C. Schramm et al.,Tribological properties and dry machining characteristics of PVD-coated carbide inserts, Surface and Coatings Technology, Volumes 188–189, November–December 2004, Pages 623–629

Zkouška podle Stocka Zkouška je obdobou Martensovy zkoušky.

Zatížení je však stálé a měřítkem tvrdosti je převrácená hodnota šířky vrypu udané v m. Převrácené hodnoty naměřeného výsledku je užito proto, aby větší tvrdosti odpovídalo větší číslo. Kdyby byla jako míra tvrdosti uvedena přímo šířka vrypu, příslušelo by tvrdším materiálům menší číselné vyjádření než materiálům měkčím.

Tvrdost zjištěná podle Stocka se označuje HSt. MTDII 16

Dynamické zkoušky tvrdosti Při dynamických zkouškách působí

zkušební těleso (indentor) na zkoušený materiál rázem. Tvrdost se hodnotí buď velikostí deformace zkoušeného materiálu (zkoušky vtiskové) nebo z velikosti odskoku indentoru (zkoušky odrazové).

MTDII 17

Dynamické zkoušky VTISKOVÉ Přímé a srovnávací

(komparační) Přímá zkouška se provádí pomocí tzv.

Baumannova kladívka (na levém obrázku). Úder je vyvozen pružinou, která se před zkouškou stlačí a ve stlačeném stavu zajistí. Kulička přístroje se přiloží na zkoušený materiál. Po uvolnění pružiny její energie vyvodí ráz na kuličku, která způsobí důlek ve zkoušeném materiálu. Tvrdost materiálu se určí z rozměrů důlku pomocí k tomu účelu sestavených tabulek.

MTDII 18

zkoušený materiál

Dynamické zkoušky vtiskové Srovnávací (komparační) metodou

je tzv. kladívko Poldiny huti, zkráceně kladívko Poldi. Do rukojeti přístroje se nad zkušební kuličku vloží porovnávací tyč známé tvrdosti (etalon), přístroj se kuličkou přiloží ke zkoušenému materiálu a shora se vede obyčejným kladivem na vyznačené místo úder. Kulička vytvoří vtisk do zkoušeného materiálu i do materiálu etalonového. Tvrdost zkoušeného materiálu se určí z poměru velikosti obou vtisků pomocí k tomu účelu sestavených tabulek.MTDII 19

úder

zkoušený materiál

etalon

Dynamické zkoušky ODRAZOVÉ Tvrdost zkoušeného materiálu je

posuzována podle výšky odrazu zkušebního tělíska při jeho pádu na zkoušený povrch. Podle autora této metody se zkouška nazývá Shoreho, takto zjištěná tvrdost se označuje HSh.

Původní Shoreho tvrdoměr čili skleroskop užíval zkušebního tělíska o hmotnosti 2,6 gramů. Padal ve skleněné trubici opatřené stupnicí z výšky 10“ (palců čili coulů; 1“ = 25,4 mm). Stupnice byla dělena na 140 dílků, přičemž dílek s označením 100 odpovídal výšce odrazu tělíska od tvrdé kalené oceli. Později byly vyvinuty přístroje s jinými parametry. MTDII 20

zkoušený materiál

zkušební tělísko

trubice

Zkoušky technologických vlastností

Technologickými vlastnostmi se rozumí soubor fyzikálních a mechanických vlastností, které za určitých podmínek umožňují určitý způsob zpracování materiálů na polotovary a hotové výrobky. Tyto vlastnosti na rozdíl od vlastností fyzikálních nebo mechanických nelze vyjádřit pomocí přesně definovaných veličin a jejich posuzování je proto poznamenáno subjektivním názorem odborníka provádějícího zkoušku.

Nejdůležitějšími technologickými vlastnostmi je tvárnost, slévatelnost, svařitelnost, kalitelnost a obrobitelnost. MTDII 21

Zkoušky tvárnosti Tvárností se rozumí schopnost materiálu měnit vlivem

působení vnějších sil tvar a změněný tvar si zachovat i po ukončení působení těchto sil. Tvárnost se zkouší zejména u materiálů určených ke zpracování kováním, válcováním, lisováním. Zkoušky tvárnosti se provádějí za studena nebo za tepla.

Zkouška lámavosti Zkouška pěchováním Zkouška plechů hloubením Zkoušky drátů Zkoušky trubek Zkouška kovatelnosti MTDII 22

Zkouška lámavosti Vzorek zkoušeného materiálu ve tvaru ploché tyče je

položen na válcovité podpěry a uprostřed zatížen trnem. Rozměry vzorku, trnu a podpěr jsou dány normou. Měřítkem tvárnosti je úhel (), o který je možno tyč ohnout, než se na její vnější straně objeví trhliny.

Zkouška se provádí za studena i za tepla.

MTDII 23

FF

Zkouška pěchováním Vzorek má tvar válečku

s výškou rovnou dvojnásobku průměru. Stlačuje se osovou silou, až se jeho výška zmenší při zkoušce za studena na polovinu, při zkoušce za tepla na třetinu. Materiál vyhovuje, jestliže se po tomto stlačení na obvodu vzorku neobjeví trhliny. MTDII 24

F

Zkouška plechů hloubením

Zkouška dle Erichsena - sleduje se vhodnost plechů k tažení = vytváření dutých tenkostěnných těles. Zkoušený plech se položí na tažnici nástroje a přitiskne přidržovačem. Tažníkem, jehož funkční část má tvar koule o průměru 20 mm, se plech vtlačuje do tažnice. Měřítkem tažnosti je hloubka prohloubení (h). Kromě toho se sleduje také vzhled povrchu plechu na vnější straně vzniklého kalíšku. Hrubý povrch svědčí o hrubé krystalizaci materiálu plechu a jeho nevhodnosti k tažení.

MTDII 25

F

h

Ftažník

plechtažnice

přidržovač

Zkoušky drátů Materiál určený pro výrobu drátů se zkouší více způsoby. Zde

budou uvedeny pouze nejčastěji prováděné zkoušky. Důležitou zkouškou prováděnou u drátů určených na výrobu lan

je zkouška střídavým ohybem. Drát je upnut mezi čelisti a střídavě na obě strany ohýbán o 180°. Měřítkem tvárnosti je počet ohybů do porušení soudržnosti drátu.

Při zkoušce kroucením je jeden konec drátu pevně uchycen, druhým koncem kroutí klika. Měřítkem tvárnosti je počet otáček kliky do porušení soudržnosti drátu.

MTDII 26čelisti

drátčelisti

drátložisko

klika

Zkoušky trubek Zkoušky trubek jsou voleny podle nejčastějších způsobů jejich úprav při

výrobě: rozháněním, lemováním a smáčknutím. Při zkoušce rozháněním se do trubky vtlačuje trn předepsaných rozměrů.

Materiál trubky vyhovuje, jestliže se na okraji rozšířené části neobjeví trhliny. Při zkoušce lemováním se nejdříve trnem kuželovým konec trubky rozevře,

pak se rovinnou deskou vytvoří lem ležící v rovině kolmé na osu trubky. Jako u předchozí zkoušky se nesmí na okraji lemu vytvořit trhliny.

Při zkoušce smáčknutím se odřezek trubky stlačí radiálně působící silou. Sledují se dva stupně tvárnosti: při menší deformaci, kdy stěny trubky dolehnou na vloženou destičku předepsané tloušťky (naznačeno v obrázku), a při větší deformaci, kdy se vložky neužívá a stěny dolehnou na sebe. V obou případech se tvárnost posuzuje podle vzniku trhlin v místě ohybu.

MTDII 27

vložkazkoušená

trubka

trn

rozhánění lemování smáčknutí

Zkouška kovatelnosti Při zkoušce kovatelnosti se posuzuje tvárnost materiálu

prováděním typických kovacích operací - děrováním, rozšiřováním a rozkováním. Vzorkem je plochá tyč o šířce asi 25 mm, tloušťce 5 až 10 mm a délce 200 až 300 mm. Po zahřátí na kovací teplotu se ostrým hrotem v tyči položené na kovadlině prorazí otvor průměru 10 mm. Ve druhé fázi zkoušky se tento otvor kuželovým trnem zvětší na průměr 15 mm. Pak se konec tyče rozkove na tloušťku asi 2 mm. Tvárnost materiálu se posuzuje podle velikosti deformací, které je možno vyvolat, než se na hranách otvoru nebo okraji rozkované části objeví trhliny.

MTDII 28

Zkoušky slévatelnosti Zkouška slévatelnosti se provádí u kovů určených ke zhotovení

odlitků. Nejčastějšími vadami odlitků jsou jejich neúplnost, způsobená špatnou zabíhavostí litého kovu do dutiny formy, a bublinatost, existence drobných dutin uvnitř ztuhlého kovu způsobených uvolňováním plynů z tekutého kovu během jeho chladnutí.

Zkouška zabíhavosti se provádí litím kovu do formy ve tvaru drážky o předepsaném průřezu. Podle délky vyplněné části drážky se posuzuje zabíhavost.

Bublinatost se zkoumá na řezu zkušebního odlitku nebo některou z metod nedestruktivních zkoušek.

Ke zkouškám slévatelnosti patří také zjišťování smrštivosti kovu, to jest zmenšení rozměrů odlitku oproti rozměrům dutiny formy. Zkouška se provádí proměřením odlitku po jeho vychladnutí a srovnáním rozměrů chladného odlitku s rozměry formy. MTDII 29

Zkoušky svařitelnosti Svařitelností se rozumí schopnost kovu vytvářet

svařováním pevné spoje. Podle normy se svařitelnost posuzuje čtyřmi stupni: zaručená, zaručená - podmíněná, dobrá a obtížná.

Vzhledem k tomu, že je mnoho metod svařování, je i mnoho zkoušek svařitelnosti. Nejčastějšími jsou zkouška ohybem destičky s naneseným svarem a zkouška rázová. Při rázové zkoušce je posuzována houževnatost samotného svarového kovu, ale také houževnatost kovu v okolí svaru, ovlivněném působením tepla při svařování. MTDII 30

Zkoušky kalitelnosti

Do této skupiny zkoušek patří zkouška kalitelnosti, při které se zjišťuje nejvyšší tvrdost materiálu dosažitelná kalením, a zkouška prokalitelnosti, při které se zjišťuje hloubka zakalené vrstvy dosažitelná určitým kalicím postupem.

MTDII 31

Zkoušky obrobitelnosti

Obrobitelností se rozumí působení obráběného materiálu na obráběcí nástroj. Při zkouškách obrobitelnosti se posuzuje velikost řezného odporu, to jest odporu materiálu proti vnikání břitu nástroje, a nežádoucí působení vzniklé třísky na břit nástroje, to jest tendence třísky ulpívat na nástroji.

MTDII 32

Jiskrová zkouška Jiskrová zkouška slouží k určení

neznámé oceli před jejím zpracováním. Vlastnosti oceli se posuzují podle tvaru a zabarvení jisker vznikajících při broušení posuzovaného vzorku. Jiskry se porovnávají s jiskrami vznikajícími při broušení vzorků ocelí se známým složením, vybraných ze speciální sady dodávané hutnickými závody. MTDII 33

Použitá literatura http://ljinfo.blogspot.cz/ http://www.dura-vision.com/cz/duravision_side2_

ringLightSystem.html http://www.quido.cz/mereni/vickers.htm http://www.noze-nuz.com/recenze/vlastnosti-

damasku/vlastnosti-damasku.php http://www.sciencedirect.com/science/article/pii

/S0257897204005717

MTDII 34

MTDII 35

Děkuji za pozornost