Determinarea duritatii materialelor

Determinarea duritatii materialelor

Duritatea este o proprietate a materialelor care exprima capacitatea acestora de a se opune actiunii de patrundere mecanica a unui corp mai dur in masa sa. La determinarea duritatii materialelor se iau in considerare marimea urmelor produse de un corp de penetrare numit penetrator, caracterizat printr-o anumita forma si dimensiune, si forta ce actioneaza asupra acestuia.

Metodele de determinare a duritatii, in functie de viteza de actionare a fortei asupra penetratorului, se clasifica in metode statice, la care viteza de actionare se situeaza sub 1 mm/s, si metode dinamice, pentru care viteza de actionare depaseste aceasta valoare.

Metodele statice si dinamice se deosebesc intre ele, in principal, prin forma penetratorului, conditiile de lucru, dimensiunile caracteristice ale urmelor lasate de penetrator in material si modul de evaluare a duritatii. Metodele frecvent utilizate la determinarea duritatii si a caracteristicilelor sunt cuprinse in tabelul 2.15.

Mentiuni: Marimile din tabel au urmatoarea semnificatie: F-forta ce actioneaza asupra penetratorului, S-suprafata si h-adancimea urmei lasate de penetrator in material sub actiunea unei forte date.

1. Determinarea duritatii Brinell

Scopul lucrarii

Se urmareste insusirea notiunilor si a metodologiei necesare determinarii duritatii Brinell (STAS 165-83), precum si cunoasterea aparaturii destinate acestui scop. Pentru formarea deprinderilor practice se vor efectua determinari experimentale de punere in evidenta a duritatii pe diferite categorii de materiale si se vor compara rezultatele obtinute.

2. Notiuni introductive

Determinarea duritatii Brinell este una dintre cele mai folosite metode de evaluare a duritatii materialelor. Ea se aplica materialelor ce au duritatea probabila mai mica de 450 HB, cand se foloseste ca penetrator o bila din otel, si a celor ce au duritatea cuprinsa intre 450 si 650 HB, cand se foloseste ca penetrator o bila din carbura de wolfram. Metoda consta din imprimarea, cu o forta F, a unei bile de diametrul prescris D, perpendicular pe suprafata piesei de incercat. Bila utilizata ca penetrator trebuie sa aiba o duritate cu minimum 70% mai mare decat duritatea materialului de incercat.

Duritatea Brinell HB se exprima prin raportul dintre forta aplicata F si suprafata calotei sferice S a urmei remanente lasate de penetrator dupa indepartarea lui de pe material:

HB=F/S.

Duritatea Brinell HB se foloseste ca o valoare conventionala ce inlocuieste folosirea unitatii de masura daN/mm².

Suprafata calotei sferice se calculeaza pornind de la diametrul d al bazei acesteia, masurat cu lupa, la microscop sau prin proiectarea urmei pe ecranul aparatului destinat incercarii, astfel:

Inlocuind suprafata calotei in relatia de calcul a duritatii, se obtine:

, [daN/mm²] sau

[daN/mm²].

Daca F si D din relatia prezentata sunt cunoscute si d rezulta in urma masurarii diametrului urmelor se poate calcula duritatea. Practic, acest calcul nu este necesar deoarece exista, in standard, tabele care prezinta valoarea duritatii in functie de F, D si d. Diametrul bilei penetrator se alege dintr-un set de cinci bile al carui dimensiune poate fi: 1: 2: 2,5; 5; 10 [mm].

Folosind la determinarea duritatii un penetrator cu bila de diametru constant si sarcini crescatoare se obtin valori crescande ale duritatii. De asemenea, folosind o sarcina constanta si penetratoare cu bile de diametre descrescande se obtin valori descrescande ale duritatii. Se poate constata, deci, ca valorile duritatii Brinell obtinute cu penetratoare avand bile de diametru diferit sau asupra carora actioneaza sarcini diferite nu sunt comparabile intre ele. Valori comparabile se obtin numai in conditiile in care se respecta similitudinea geometrica a urmelor produse. Din figura 2.39, reiese ca aceasta similitudine este satisfacuta numai daca unghiul φ este identic pentru toate urmele obsinute la incercarea unui anumit material. Din triunghiul AOB rezulta

de unde

Aceasta expresie introdusa in relatia de mai sus conduce la:

Punand conditia similitudinii (φ=constant) rezulta ca, pentru obtinerea unor valori constante a duritatii, la incercarea aceluiasi material, este necesar ca si raportul F/D² sa fie constant. Acest raport se noteaza cu k si este denumit grad de solicitare.

Gradul de solicitare se alege dintr-un sir de valori standardizate si prezentate in tabelul 2.16 in functie de natura materialului si de grosimea probei.

Tabelul:2.16

Pentru ca bila sa nu se deformeze in timpul incercarii, ceea ce ar conduce la obtinerea unor rezultate eronate, este necesar ca diametrul urmei lasate de penetrator pe materialul de incercat sa se incadreze in limitele impuse de relatia:

0,25D<d<0,60D.

Pentru evitarea influentei suportului de sprijin a probei asupra rezultatelor incercarii, grosimea "a" minima a probelor supuse incercarii trebuie sa fie de 8 ori adancimea urmei "h".

La metoda de determinare a duritatii Brinell, materialul supus incercarii sufera deformatii plastice in zonele de contact si in vecinatatea acesteia. Durata necesara epuizarii curgerii materialului si atingerea urmei de marime practic constanta este in functie de natura si duritatea materialului incercat. De aceea in standardele de produs sunt prevazute durate de mentinere a sarcinii asupra penetratorului la determinarea duritatii diferitelor materiale. In absenta acestor indicatii se recomanda folosirea duratelor de mentinere mentionate in tabelul 2.17, in functie de duritatea Brinell a materialului.

In vederea evitarii influentei reciproce a zonelor durificate din jurul urmelor si pentru evitarea influentei marginii probei asupra rezultatelor obtinute se recomanda pastrarea unei distante minime "b" intre centrele a doua urme alaturate si a unei distante minime "c" intre centrul urmei si marginea probei (tabelul 2.17).

Tabelul 2.17

3. Aparatura si materiale

Pentru efectuarea incercarii se utilizeaza un durimetru (fig. 2.40) prevazut cu un cap mobil ce poarta penetratorul 2 si obiectivul 1. Obiectivul are rolul de a proiecta, cu ajutorul prismelor sau oglinzii 4, imaginea urmei pe ecranul 3, urma fiind luminata de becul 5 prin obiectivul aparatului. Ecranul este prevazut cu o scara gradata care permite masurarea diametrului urmei proiectate pe acesta. Aaezarea greutatilor 7 necesare asigurarii fortei de apasare asupra penetratorului se face prin intermediul butoanelor 6 in dreptul carora este marcata valoarea reala a incarcarii.

La asezarea probei pe masa suport, obiectivul se gaseste deasupra acesteia permitand analiza suprafetei si alegerea locului in care sa se faca determinarea astfel incat doua urme invecinate sa fie la o distana suficient de mare intre ele. La pornirea aparatului penetratorul ia locul obiectivului si actioneaza asupra materialului sub actiunea fortei. La terminarea ciclului de penetrare capul mobil impreuna cu obiectivul se rabat automat astfel incat urma se va gasi in axa optica a obiectivului. Pe ecran apare imaginea urmei ce poate fi masurata.

Epruvetele si piesele supuse incercarii trebuie sa indeplineasca anumite conditii. Suprafata lor trebuie sa fie curata, lipsita de portiuni oxidate, plana si sa fie prelucrata, in asa fel, incat amprenta sa fie vizibila cu usurinta pe ecranul aparatului si sa poata fi masurata cu precizie.

4.Desfasurarea lucrarii, prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Pentru buna desfasurare a lucrarii se parcurg urmatoarele etape:

Se analizeaza piesa sau materialul de incercat si se apreciaza duritatea acestuia (daca materialul este tratat termic sau nu). Daca duritatea probabila este cuprinsa intre 450.650 HB se va folosi un penetrator din carbura de wolfram, iar daca este sub 450 HB se poate folosi un penetrator din otel;

Se pregateste suprafata pe care se realizeaza determinarea;

Se stabilesc conditiile de lucru. Pentru aceasta, in functie de natura materialului se alege gradul de solicitare si diametrul penetratorului. Pentru materiale moi si de dimensiuni mari se alege un penetrator cu diametru mare. Cunoscand gradul de solicitare si dimametrul penetratorului, sarcina de incarcare se determina din relatia:

.

Se executa incercarea;

Se masoara diametrul urmei, lasate de penetrator, dupa doua directii perpendiculare si se face media masuratorilor;

Se verifica daca diametrul mediu al urmei este cuprins intre 0,25D si 0,6D. Daca nu se respecta aceasta conditie se alege un alt penetrator si se recalculeaza forta in conditiile aceluiasi grad de solicitare;

Se executa cel putin trei incercari pentru fiecare piesa, iar duritatea finala va fi media duritatilor partiale obtinute la fiecare dintre aceste masuratori.

Duritatea Brinell, pana la 100 HB, se indica cu o precizie de 0,1 HB, iar pentru duritati mai mari numai prin cifre intregi. Valoarea duritatii este urmata de simbolul determinarii HB (cand s-a utilizat bila de otel) sau HBW (cand s-a utilizat bila din carbura de wolfram). Dupa acest simbol se inscriu trei indici: primul reprezentand diametrul D al bilei penetrator, al doilea sarcina de incercare exprimata in daN, iar al treilea timpul de mentinere a sarcinii. Astfel, notatia 270 HB (HBW) 5/750/15 reprezinta valoarea duritatii Brinell determinata cu o bila de otel (carbura de wolfram) avand diametrul de 5 mm, sarcina de incercare de 750 daN, cu o durata de mentinere de 15 secunde. Pentru conditiile de determinare cu bila de 10 mm diametru, sarcina de 3000 daN si un timp de mentinere de 15 secunde simbolizarea se face numai prin HB (HBW).

Valorile duritatii obtinute se trec in tabelul 2.18.

Tabelul 2.18.

Valoarea duritatii Brinell poate constitui o baza de determinare a rezistentei la tractiune a materialului. Factorii de transformare K₁ pentru calculul rezistentei de rupere la tractiune pe baza relatiei Rm=K₁∙HB, pentru diferite materiale, sunt dati in tabelul 2.19.

Tabelul 2.19.

2. Determinarea duritatii Vickers

Scopul lucrarii

Se urmareste insusirea notiunilor si a metodologiei necesare determinarii duritatii Vickers (STAS 492/1-85), precum si cunoasterea aparaturii destinate acestui scop. Pentru formarea deprinderilor practice se vor efectua determinari experimentale de punere in evidenta a duritatii pe diferite categorii de materiale si se vor compara rezultatele obtinute.

Notiuni teoretice

Metoda de determinare a duritatii Vickers utilizeaza ca penetrator o piramida de diamant cu baza un patrat. Deoarece diamantul are cea mai mare duritate dintre toate materialele utilizate in industrie, metoda poate fi aplicata fara limite la determinarea duritatii. Se recomanda, indeosebi, la determinarea duritatii materialelor ce au duritatea probabila mai mare de 300 daN/mm². La materialele a caror duritate este mai mica decat aceasta valoare se foloseste metoda Brinell.

Metoda Vickers se aseamana, in principiu. cu metoda Brinell. Ea consta in apasarea unui penetrator cu o viteza redusa si cu o anumita forta predeterminata F pe suprafata materialului de incercat. Duritatea Vickers, simbolizata cu HV, se exprima prin raportul dintre forta aplicata F si aria suprafetei laterale a urmei remanente produse de penetrator. Urma este considerata ca o piramida dreapta cu baza patrata, cu diagonala d, avand la varf acelasi unghi cu cel al penetratorului.

Unghiul la varf al penetratorului, masurat intre doua fete opuse, este de 136^o si a fost ales de asa maniera incat sa se stabileasca o legatura cu duritatea Brinell (fig. 2.41).

Duritatea Vickers se determina cu relatia:

HV=F/S.

Exprimand suprafata S a urmei lasate de penetrator, in functie de diagonala d, se obtine relatia de calcul a duritatii Vickers:

In practica se masoara lungimea diagonalei cu ajutorul unui microscop de masurare sau cu un proiector, iar valoarea corespunzatoare a duritatii se citeste direct din tabelele anexate aparatului.

La incercarea Vickers, folosind penetratoare cu unghiuri identice la varf, se obtin urme geometric identice oricare ar fi forta de incercare si, ca urmare, se poate spune ca duritatea este independenta de marimea sarcinii. Cu toate acestea, din motive practice, anumite standarde au prescris diferite sarcini discrete si, din acest punct de vedere, au clasificat incercarile Vickers in: incercari normale de duritate Vickers, incercari de duritate Vickers cu sarcini mici, incercari de duritate Vickers cu microsarcini (microduritate Vickers). Marimea sarcinilor de incercare pentru fiecare dintre aceste variante de determinare a duritatii sunt prezentate in tabelul 2.20.

Tabelul 2.20.

Adancimea de penetrare a piramidei Vickers in material este de numai 1/7d. Datorita adancimii mici de patrundere a penetratorului in material, metoda poate fi utilizata si pentru determinarea duritatii pieselor mici, subtiri, a straturilor tratate termic, depuse galvanic etc. In cazul determinarii duritatii straturilor subtiri se efectueaza mai multe incercari si se retin numai rezultatele acelora care sunt apropiate ca marime. Celelalte valori se exclud intru-cat ele s-au obtinut prin patrunderea penetratorului pana la miezul piesei, dincolo de stratul tratat termic.

La determinarea duritatii Vickers exista nenumarate surse de erori. Una dintre acestea este influenta reciproca a urmelor invecinate. Pentru evitarea acestei influente, prin zonele durificate din jurul urmei, se recomanda pastrarea distantelor "b" intre centrele urmelor invecinate si a distantelor "c" dintre centrul urmelor si marginea piesei (tabelul 2.21).

Tabelul 2.21.

Grosimea piesei de incercat sau a stratului trebuie sa fie de cel putin 1,5d, adica de aproximativ 10 ori adancimea de patrundere a penetratorului. Aceasta, pentru a evita influenta suportului de sprijin a piesei asupra duritatii.

Principala sursa de erori la aceasta incercare este legata de masurarea diagonalelor urmei. In vederea reducerii ponderii erorii subiective cauzata de plasarea reperelor in contact cu extremitatile urmei, se recomanda utilizarea sarcinilor cat mai mari la efectuarea incercarii.

In cazul suprafetelor curbe sferice sau cilindrice, concave sau convexe, rezultatele obtinute la determinarea duritatii se corecteaza. Corectiile ce se aplica sunt trecute in tabelele standardelor de incercare a duritatii pe suprafete curbe.

Aparatura si materiale

Incercarea Vickers difera de incercarea Brinell numai prin forma penetratorului si marimea sarcinilor de incercare. De aceea multe aparate de incercare a duritatii sunt construite pentru a fi utilizate pentru ambele metode. Aparatul prezentat in figura 2.42 este sustinut de o coloana 1, montata pe o placa de baza 2, care cuprinde si masa aparatului. In functie de marimea piesei de incercat, aparatul poate fi deplasat pe coloana si fixat prin strangere cu ajutorul rotii de mana 9. Sarcina se realizeaza cu ajutorul manetei 5. La coborarea acesteia penetratorul 3, care este sprijinit in partea superioara cu un arc elicoidal se aseaza pe suprafata piesei de incercat. Continuand coborarea manetei aceasta va actiona, prin intermediul unei piese, in partea superioara a arcului tarat din interiorul cilindrului, exercitand forta de incercare care devine nominala in pozitia atingerii conului de protectie 4. Dupa realizarea urmei aparatul se roteste in jurul coloanei astfel incat deasupra urmei sa ajunga microscopul de masurat cu ocularul 6 si micrometrul ocular 7. Urma este iluminata de becul 8 alimentat printr-un transformator inglobat in aparat. Cursa de rotire este reglata astfel incat urma sa ajunga in centrul campului vizual al microscopului. Valoarea diviziunii micrometrului ocular este de 1 m.

Pregatirea suprafetelor pieselor de incercate trebuie sa fie facuta cu o deosebita atentie folsind, in general, tehnica pregatirii probelor metalografice. Se va evita ca in timpul pregatirii sa apara modificari structurale generate de incalziri si ecruisari. Dupa prelucrarea suprafetei, in cazul determinarii de microduritate, se poate face si un tratament cu reactivi pentru evidentierea structurii metalografice.

4.Desfasurarea lucrarii, prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Pentru buna desfasurare a lucrarii se parcurg urmatoarele etape:

Se pregateste suprafata piesei sau a materialului la o rugozitate care sa permita determinarea si masurarea urmelor in conditii bune. Aceste urme trebuie sa aiba un contur clar si neafectat de urmele prelucrarii;

Se stabileste forta cu care se va face incercarea. Aparatul frecvent utilizat in laborator lucreaza cu doua sarcini. O sarcina de 30 daN sau una de 10 daN, cand intre conul de protectie si piulitele reglabile se introduce o saiba calibrata.

Se executa incercarea. Pentru aceasta se aseaza piesa pe masa aparatului, se aduce microscopul deasupra acesteia si se analizeaza suprafata piesei stabilindu-se locul in care se face determinarea. Se deplaseaza sistemul de penetrare deasupra piesei prin rotirea consolei in jurul coloanei si se executa incercarea, dupa care se revine cu microscopul deasupra urmei;

Se masoara diagonalele urmei cu ajutorul micrometrului ocular. Pentru aceasta se roteste dispozitivul de masurare pana cand axa orizontala a scalei devine paralela cu una din diagonalele urmei de masurat (fig. 2.43a). Cu ajutorul unui surub se aduce scala gradata cu diviziunea "0" tangenta la unul dintre colturile urmei (fig.2.43b), iar cu un alt surub micrometric se aduce o fanta de culoare inchisa tangent la celalalt colt al diagonalei (fig 2.43c.). Marimea diagonalei este egala cu numarul intervalelor itregi dintre diviziunile ce se suprapun peste urma inmultite cu 100 ( m) la care se adauga o valoare in " m" citita pe tamburul surubului micrometric. Dupa aceasta se masoara, in acelasi mod, cealalta diagonala si se face media valorilor obtinute;

Se executa cel putin trei incercari. Pentru fiecare urma se determina duritatea, din tabele, iar duritatea finala va fi media duritatilor partiale obtinute la fiecare dintre aceste masuratori.

Duritatea Vickers se indica cu o precizie de 0,1 HV, pentru duritati sub 100 HV, iar pentru duritati mai mari numai prin cifre intregi. Valoarea duritatii este urmata de simbolul determinarii HV urmat de un prim indice reprezentand sarcina de incercare, exprimata in daN, si de un al doilea indice care reprezinta durata de mentinere "t" a sarcinii de incercare, exprimata in secunde. Notatia 290 HV 30/15 are semnificatia: 290-valoarea duritatii, 30-sarcina de incercare si 15-timpul de mentinere sub sarcina a penetratorului.

Valorile duritatii obtinute se trec in tabelul 2.22.

Tabelul 2.22.

3. Determinarea duritații Rockwell

Scopul lucrarii

In cadrul acestei lucrari se urmarește insușirea noțiunilor și a metodologiei necesare determinarii duritații Rockwell, precum și cunoașterea aparaturii destinate acestui scop (STAS 493-91). Pentru formarea deprinderilor practice se vor efectua determinari experimentale de punere in evidența a duritații pe diferite categorii de materiale și se vor compara rezultatele obținute.

Noțiuni teoretice

Prin metoda Rockwell s-a urmarit, pe de o parte, sa simplifice metodologia de determinare a duritații materialelor și sa se reduca timpul necesar efectuarii incercarii și, pe de alta parte, sa ofere posibilitatea aplicarii ei pentru toate categoriile de materiale, indiferent de duritatea probabila pe care o au. In cazul metodei Rockwell nu se recurge la calculul duritații prin raportul dintre forța aplicata asupra penetratorului și aria urmei produse de acesta in material, ci pe baza evaluarii adancimii urmei remanente de patrundere, masurata fața de un plan de referința ales convențional.

Metoda consta in imprimarea, intr-un material, a unui penetrator de forma data sub ac iunea unei sarcini. Procesul se desfașoara in doua etape. In prima etapa se aplica asupra penetratorului o sarcina ini iala F_0, dupa care dispozitivul de masurare a adancimii de penetrare se aduce la zero. In a doua etapa se aplica suprasarcina F₁.

Dupa epuizarea curgerii materialului, vizibila la dispozitivul de masurare a adancimii de patrundere a penetratorului, manifestata prin oprirea practic completa a mișcarii acului indicator, se indeparteaza suprasarcina F₁ și se citește direct adancimea remanenta de patrundere a penetratorului in material (fig. 2.44).

In practica durata de men inere a sarcinii totale de incercare F=F₀+F₁ este recomandata a fi de 15, 30, 60 secunde, in func ie de material. Aceasta pentru a se asigura o epuizare practic completa a deforma iilor locale sub presiunea de contact a penetratorului.

Unitatea de duritate Rockwell corespunde unei adancimi de patrundere de 0,002 mm pentru metodele obi nuite de determinare a duritații.

Deoarece duritatea variaza invers propor ional cu adancimea de patrundere a penetratorului i pentru ca duritaților crescande sa le corespunda valori crescande, duritatea Rockwell se define te ca diferen a dintre o valoare conven ionala E i valoarea adancimii de penetrare. Valoarea conven ionala E este in func ie de scara utilizata i poate fi de 100 (fig. 2.44a) sau de 130 (fig. 2.44b). Aceasta diferența se realizeaza, practic, prin folosirea ca reper zero a grada iei 100 sau 130 i mi carea inversa a indicatorului fata de scara gradata

Duritatea Rockwell se determina deci prin rela ia:

HR=E-e,

in care: e este valoarea adancimii remanente de patrundere, exprimata in unitați Rockwell. O unitate Rockwell este egala cu 2 m.

In func ie de duritatea probabila a materialului se alege tipul penetratorului. Pentru o eluri calite, o eluri speciale, benzi sub iri din o el calit, metale dure se utilizeaza ca penetrator un con de diamant cu unghiul la varf de 1200,5^o i o rotunjire la varf de 0,20,002 mm. Pentru o eluri carbon obi nuite, table, bronzuri, alame speciale se alege ca penetrator o bila din o el calit cu diametrul de 1/16", adica D=1,5880,004 mm. Duritatea acestei bile trebuie sa fie de aproximativ 850HV10 pentru a nu se deforma inadmisibil in cursul incercarilor. Caracteristicile diferitelor scari de determinare a duritații Rockwell sunt prezentate in tabelul 2.23.

Tabelul 2.23.

La alegerea scarii de determinare a durițații se are in vedere ca, in principiu, se cauta folosirea sarcinilor mari și a penetratoarelor care asigura o patrundere mai adanca in material pentru reducerea ponderii erorilor de masurare. Se ține, totuși, seama de natura pieselor de incercat și de limitele adancimii de patrundere corespunzatoare scarilor respective.

Grosimea piesei trebuie sa fie de cel pu in 10e, adica de cel pu in zece ori adancimea de patrundere a penetratorului.

Adancimile de penetrare se calculeaza din duritatea Rockwell cu rela iile:

e=(100-HR)∙0,002, pentru scarile cu E=100;

e=(130-HR)∙0,002, pentru scarile cu E=130.

Pentru evitarea influen ei reciproce a urmelor efectuate cu con de diamant se pastreaza o distanța de cel pu in 3 mm intre urmele invecinate sau intre acestea i marginea piesei. La urmele aplicate cu penetrator bila, distan a intre centrele urmelor invecinate trebuie sa fie de cel pu in trei ori diametrul urmei.

La determinarea duritații pieselor cilindrice sau sferice, cu diametrul mai mic de 25 mm se aplica corec iile din standardul de incercare a duritații Rockwell pe suprafe e curbe (STAS 8251-81).

3. Aparatura i materiale

Aparatele de incercare a duritații Rockwell se deosebesc de aparatele Brinell i Vickers, atat prin faptul ca incarcarea se desfașoara in doua trepte, sarcina ini iala i sarcina finala, cat i prin faptul ca dispozitivul de masurare face parte integranta din aparat.

Aparatul de masurare a duritații Rockwell, prezentat in figura 2.45, se compune din carcasa 1 care con ine mecanismul de incarcare format, la randul lui, din parghia de incarcare 11, greutațile 2, amortizorul 3 i arcul 10 pentru realizarea sarcinii ini iale. Aceasta sarcina este identica pentru toate scarile de masurare a duritații Rockwell. Parghia de incarcare ac ioneaza asupra penetratorului 8 ghidat de carcasa 7. Adancimea de penetrare este masurata de comparatorul 9. Piesa de incercat se a eaza pe masa 6, care se poate regla in inal ime prin roata de mana 4, ce ac ioneaza asupra tijei filetate 5.

Pentru determinarea duritații piesa se a eaza pe masa 6 i se ridica impreuna cu aceasta, pana la atingerea penetratorul care, la randul sau, ridica parghia 11 i deformeaza arcul 10, pana la realizarea sarcinii ini iale. Sageata arcului ce corespunde sarcinii ini iale este masurata cu comparatorul cu cadran 9 i se ob ine in momentul in care acul indicator mic atinge punctul ro u de pe cadranul aparatului, iar acul indicator mare ajunge la valoarea zero de pe scara neagra

Incercarea de duritate Rockwell se executa pe suprafe e care nu trebuie sa fie prelucrate in mod deosebit. Este suficient ca suprafa a sa fie plana, neunsa, lipsita de oxizi i impuritați. O condi ie esen iala impusa de aceasta metoda de incercare este imobilitatea piesei in timpul incercarii. Aceasta imobilitate se asigura prin a ezarea corecta a piesei pe un suport corespunzator formei sale.

4.Desfașurarea lucrarii, prelucrarea i interpretarea rezultatelor

Pentru buna desfașurare a lucrarii se parcurg urmatoarele etape:

Se alege metoda de determinare a duritații in func ie de materialul piesei, de caracteristicile geometrice i dimensionale ale acesteia. Se alege suprafa a pe care se fac determinarile i se curața de impuritați;

Se stabilesc condi iile de lucru. Aceasta inseamna ca in func ie de metoda de determinare aleasa se stabile te for a totala necesara determinarii, tipul penetratorului i scara pe care se va face citirea duritații. Se pregate te aparatul prin montarea greutaților corespunzatoare for ei de incercare i se monteaza penetratorul la locul sau;

Incercarea propriu-zisa consta in fixarea piesei pe masa aparatului, aplicarea sarcinii ini iale de 10 daN care corespunde momentului in care acul indicator mic ajunge la punctul ro u i cel mare la valoarea zero de pe scara neagra, dupa care se aplica suprasarcina specifica scarii alese. Ac iunea for ei asupra penetratorului are loc lent, continuu i fara ocuri datorita unui amortizor montat pe aparat. Dupa oprirea acului indicator mare se men ine penetratorul sub sarcina inca 15.30 de secunde. Se indeparteaza suprasarcina i se cite te direct valoarea duritații pe scara ro ie (de 130 de unitați) sau pe cea neagra (de 100 de unitați), dupa caz;

Se executa cel pu in trei incercari i se stabile te pentru fiecare urma duritatea corespunzatoare. Duritatea finala este media duritaților par iale ob inute la fiecare dintre aceste masuratori.

Duritatea Rockwell se indica cu o precizie de 0,5HR. Pentru indicarea duritații se folose te smbolul HR urmat de o litera corespunzatoare incercarii respective. De exemplu, 85 HRB corespunde unei duritați de 85 unitați Rockwell masurate pe scara B, iar 56 HRC corespunde unei duritați de 56 unitați Rckwell masurata pe scara C.

Valorile duritații ob inute se trec in tabelul 2.24.

Tabelul 2.24.

4. Determinarea duritații cu ciocanul Poldi

1. Scopul lucrarii

In cadrul acestei lucrari se urmare te insu irea no iunilor i a metodologiei necesare determinarii duritații informative cu ajutorul ciocanului Poldi, precum i cunoa terea dispozitivului destinat acestui scop. Pentru formarea deprinderilor practice se vor efectua determinari experimentale de punere in evidența a duritații pe diferite categorii de materiale i se vor compara rezultatele ob inute.

2. No iuni teoretice

Metoda de determinare a duritații cu ciocanul Poldi, de i da valori aproximative ale duritații materialelor, este foarte des folosita, datorita rapiditații de execu ie i pentru ca permite determinarea duritații pieselor de gabarit mare i a celor aflate in locuri inaccesibile celorlalte aparate de determinare a duritații.

Metoda Poldi este o metoda dinamica, deoarece viteza de aplicare a for ei prin lovire cu ciocanul este mare. Aparatele destinate incercarilor dinamice sunt u oare, portabile, robuste i permit o manipulare u oara. Folosirea acestora este ingradita de precizia mai redusa a rezultatelor ob inute.

La ciocanul Poldi se folose te principiul metodei Brinell cu deosebirea ca amprenta nu se realizeaza in urma aplicarii unei sarcini statice, ci prin ac ionarea unei sarcini dinamica. Bila de o el cu diametrul de 10 mm imprima concomitent doua urme; una pe piesa de incercat i alta pe o piesa etalon, care are o duritate HB_e cunoscuta

Comparand suprafața amprentei de pe piesa de incercat cu suprafața amprentei de pe bara etalon se determina duritatea HB a piesei. Duritatea celor doua materiale (a barei etalon și a piesei de incercat) se poate determina cu una din urmatoarele relații:

;

in care: D este diametrul bilei (10 mm);

d - diametrul urmei lasate pe piesa de incercat;

d_e - diametrul urmei lasate de bila pe piesa etalon.

Facand raportul celor doua rela ii se ob ine:

rezulta ca

Deci duritatea piesei de incercat HB se poate determina pe baza ultimei relații cunoscand duritatea barei etalon și masurand diametrele urmelor lasate de bila pe cele doua materiale (bara etalon și materialul de incercat). Pentru simplificare, fiecare aparat este insoțit de o tabela proprie, in care sunt date valorile duritații piesei de incercat in funtie de diametrul urmelor lasate de penetrator. In cazul in care se folosește o bara etalon cu o duritate diferita de cea pentru care a fost construit tabelul (201 HB) valorile luate din tabel vor fi corectate cu ajutorul unui coeficient de corecție K determinat cu realția:

in care: HB_e este duritatea barei etalon folosite;

HB_tabel -duritatea barei etalon pentru care a fost construit tabelul.

Ca urmare, duritatea reala a materialului incercat HB este produsul duritații citite in tabel, in raport cu diametrul urmelor lasate de penetrator pe cele doua materiale, și coeficientul de corecție K.

Se poate spune ca aceasta metoda de determinare a duritații este:

o metoda dinamica pentru ca forța se aplica cu mare viteza prin lovire cu ciocanul;

o metoda comparativa pentru ca duritatea se determina in raport cu o bara etalon;

o metoda informativa deoarece rezultatele obținute nu sunt de mare precizie ci ofera doar informații asupra duritații materialului incercat.

Aparate și materiale

Ciocanul Poldi (fig. 2.46) este un aparat format dintr-un corp "a" in care se afla montata piesa "b" de fixare a bilei. Bila "e", din oțel calit avand diametrul de 10 mm, este așezata in piesa "b" fiind reținuta de un arc. In interiorul corpului a se gasește percutorul "f" și arcul spiral "c". Intre bila și percutorul "f" se introduce bara etalon "d" care va fi apasata și fixata cu ajutorul arcului spiral "c" prin intermediul percutorului "f".

Aparatul de masura a diametrelor amprentelor este o lupa montata intr-un corp care are la partea inferioara o scala gradata in zecimi de milimetru.

Epruvetele și piesele de incercate trebuie sa indeplineasca condițiile pentru piesele și epruvetele destinate incercarii de duritate dupa metoda Brinell.

4.Desfașurarea lucrarii, prelucrarea și interpretarea rezultatelor

Pentru buna desfașurare a lucrarii se parcurg urmatoarele etape:

Se examineaza aspectul exterior al piesei destinate masurarii duritații i se pregate te in acest scop prin curațare i ajustare;

Se introduce bara etalon in loca ul dintre bila i percutor;

Aparatul se a eaza cu bila perpendicular pe suprafa a pregatita a materialului de incercat;

Se aplica, cu un ciocan de mana ce are o greutate de aproximativ 300 g, o lovitura asupra percutorului, in a a fel icat sa se ob ina o urma pe piesa de incercat de aproximativ 4,2 mm. Aceasta valoare este rezultatul mediei aritmetice dintre 0,25D i 0,6D din condi ia impusa duritații Brinell. Lovitura trebuie sa fie scurta i bine dirijata pentru a evita apari ia loviturilor duble care pot denatura rezultatele;

Se masoara, cu ajutorul lupei, diametrul cercurilor de baza a urmelor lasate de bila pe piesa de incercat i pe bara etalon. Fiecare urma va fi masurata dupa doua diametre perpendiculare dupa care se face media acestor doua valori.

Rezultatele obținute se trec in tabelul 2.25.

Tabelul 2.25.

Notarea duritații se face prin valoarea acesteia ca medie aritmetica a cel puțin 3 determinari, urmata de simbolul HB și completata, in paranteza, cu denumirea metodei folosite, ciocan Poldi. De exemplu, 250HB (ciocan Poldi) iseamna ca duritatea materialului este de 250 unitați Brinell masurata cu ciocanul Poldi.

5. Determinarea duritatii materialelor plastice

Scopul lucrarii

Lucrarea isi propune cunoasterea metodologiei de determinare a duritatii materialelor plastice si punerea in evidenta a acesteia pe cale experimentala. Pentru efectuarea determinarilor experimentale se vor folosi materiale plastice pe baza de cauciuc.

Notiuni teoretice

Determinarea duritatii materialelor plastice se face, fie prin penetratie (metoda SHORE, SR ISO 868-95 scariale A si D), fie prin cresterea sensibila a adancimii de patrundere sub actiunea unei sarcini (metoda Rockwell).

Metoda SHORE A si D se refera la determinarea duritatii prin penetratie a materialelor plastice cu ajutorul durometrului SHORE, conform SR ISO 868-95. Pentru materialele plastice moi se utilizeaza durimetrul SHORE tip A, iar pentru materialele plastice rigide, durimetrul SHORE tip D.

Aceasta metoda permite, fie masurarea penetratiei initiale, fie masurarea penetratiei dupa o perioada de timp stabilita. Penetratia se exprima in unitati conventionale, specifice acestor aparate, numite grade SHORE A, respectiv grade SHORE D. Datorita faptului ca metoda este empirica nu se poate stabili o relatie simpla intre duritatea prin penetratie si proprietatile fundamentale ale materialului.

Metoda de determinare a duritatii SHORE A se bazeaza pe masurarea penetratiei in materialul plastic a unui varf de patrundere ce are forma unui trunchi de con sub actiunea unei forte determinate de un arc. Incercarea se desfasoara in conditii determinate. Aparatul din dotarea laboratorului serveste la determinarea duritatii cauciucului sau a unor materiale pe baza de cauciuc.

Duritatea prin penetratie variaza invers proportional cu adancimea de patrundere si este in legatura cu modulul de elasticitate si cu proprietatile vascoelastice ale materialului.

Deoarece forma varfului de patrundere si marimea fortei aplicate influenteaza rezultatele experimentale nu se poate stabili o anumita relatie intre rezultatele obtinute cu un alt tip de durometru sau cu alte aparate de masurare a duritatii.

3. Aparatura si materiale

Aparatul destinat determinarii duritatii SHORE A (fig. 2.47) este format din:

1 - aparatul de masura propriu-zis;

2 - stativul aparatului impreuna cu masa suport;

3 - instrumentele de verificare a aparatului.

Fig. 2.47.

Aparatul de masura propriu-zis este format dintr-o carcasa metalica usoara in care este instalat mecanismul de masurare. Asupra corpului de patrundere 4, care se gaseste in partea de jos a mecanismului si care iese afara din carcasa, actioneaza forta unui arc.

Adancimea la care intra corpul de patrundere in material si care este in stricta legatura cu forta de actionare a arcului este aratata pe cadranul 5 al aparatului de catre un ac indicator. Scara gradata cuprinde un domeniu de variatie a duritatii de la 30 pana la 100 SHORE A, cu valoarea unei diviziuni de o unitate SHORE. Domeniul de masurare cuprins intre 0.30 SHORE A a fost suprimat in favoarea domeniului superior deoarece materiale plastice care au duritatea cuprinsa in indomeniul mic sunt foarte putine.

Deoarece rezultatul masurarii poate fi influentat de marimea fortei de presare, s-a stabilit ca forta de apasare sa fie de 1Kp=1Kgf. Respectarea acestei conditii este usurata de faptul ca aparatul se poate fixa pe un stativul 2 ce nu permite aplicarea altei marimi a fortei. Aparatul de masura propriu-zis este fixat cu doua stifturi cilindrice despicate pe un paralelorgram cu arc. Acest paralelogram este reglabil pe inaltime, prin deplasarea lui pe o coloana 6, permitand pozitionarea corpului de patrundere in raport cu materialul de incercat.

Stativul 2 serveste la sprijinirea sau montarea aparatului si are o masa de lucru 8 cu diametrul de 100 mm pe care se aseaza materialul supus incercarii. Cu ajutorul acesteia si prin intermediul unui buton 7 materialul se apasa pe corpul de patrundere a aparatului de masurare.

In timpul functionarii, masa de lucru se ridica cu ajutorul butonului pana cand materialul plastic apasa asupra aparatului incat dezvolta o forta de 1 Kp.

Pentru determinarea duritatii prin penetratie se utilizeaza probe in forma de placa avand grosimea de minima 6 mm. Daca materialele in forma de foi au grosimea mai mica decat cea indicata se pot utiliza probe obtinute prin suprapunerea unui numar suficient de mare de straturi de aceeasi natura pana la atigerea grosimii minime stabilite. Rezultatele obtinute pe probele realizate prin suprapunerea straturilor nu pot fi comparate cu cele determinate pe probele dintr-un singur strat, intru-cat este posibil ca suprafetele dintre straturi sa nu realizeze un contact perfect.

Dimensiunile probelor trebuie sa permita efectuarea masuratorilor la o distanta minima de 12 mm de margine si de 6 mm intre punctele invecinate in care s-au efectuat masuratori.

Suprafetele probelor trebuie sa fie plane, paralele, netede, fara fisuri, fara incluziuni și bule de gaze, fara corpuri straine sau alte defecte.

4. Desfasurarea lucrarii

Determinarea duritatii maselor plastice prin metoda SHORE A se face in doua moduri:

I -cu aparatul montat pe stativ;

II -fara ca aparatul sa fie montat pe stativ.

In cazul in care aparatul este montat pe stativ acesta se regleaza, prin deplasarea lui in sus si in jos pe coloana de sustinere, pana cand intre corpul de patrundere si proba asezata pe masuta suport apare o distanta de aproximativ 1 mm. Dupa aceea, proba se apasa asupra penetratorului (corpului de patrundere) prin actionarea butonului de ridicare a mesei 7. Aceasta apasare se face lent si fara socuri, iar citirea duritatii se face direct pe cadranul aparatului imediat dupa ce proba a atins suprafata de asezare a aparatului de masurare. La materialele care au proprietati de curgere vascoasa cunoscute, duritate se poate citi si dupa o presare mai indelungata, de exemplu dupa 3 sau 15 secunde. In aceasta situatie in buletinul de analiza se mentioneaza timpul de menținere sub sarcina

Cand aparatul se foloseste fara stativ proba se aseaza pe un suport neted. Dupa aceea, aparatul se aseaza cu muchia rotunjita din partea dreapta pe suprafata probei de incercare si se apasa prin rotirea lui in jurul acestei muchii pana ce suprafata de asezare a aparatului atinge toata suprafata piesei de incercare. Presiunea exercitata asupra piesei supuse determinarii trebuie sa fie de aproximativ 1 Kgf.

Se executa cel putin cinci determinari succesive, iar rezultatul se exprima ca medie aritmetica a celor cinci determinari.

Pentru a realiza o mai buna reproductibilitate a rezultatelor se recomanda utilizarea aparatului cu stativ doearece asiugura o apasare mai apropiata de 1 Kgf.

Rezultatele experimentale obtinute se inscriu in tabelul 2.26.

Tabelul 2.26.

5. Prelucrarea și interpretarea rezultatelor

In buletinul de analiza se vor trece toate rezultatele experimentale obtinute dar si conditiile in care s-au facut determinarile. El cuprinde urmatoarele:

Metoda utilizata si SR ISO 868-95;

Date privind identificarea completa a materialului plastic;

Descrierea probei, dimensiunile ei inclusiv grosimea, iar in cazul epruvetelor formate prin suprapunerea mai multor straturi se va mentiona numarul acestora;

Temperatura la care are loc determinarea, umiditatea relativa, daca duritatea materialului este influentata de aceasta umiditate;

Tipul durometrului;

Duritatea si intervalul de timp dupa care s-a facut citire;

Valorile individuale sau medii se vor rotunji in sus sau in jos pana la obtinerea unor valor intregi.

Modul de notare a duritații materialelor plastice se face astfel: metoda de determinare, valoarea duritații și timpul dupa care s-a facut citirea. Spre exemlu, SHORE A/45/15 are urmatoarea semnificatie:

A - tipul durometrului;

45 -duritatea;

15 -timpul, exprimat in secunde, dupa care s-a facut citirea.

In buletinul de analiza se mai noteaza:

Timpul de la pregatirea probelor si pana la efectuarea determinarii;

Data in care sau facut determinarile