23
ŞTIINŢA ŞI INGINERIA MATERIALELOR MATERIALELOR conf.dr.ing. Liana Balteş [email protected] curs 3

Determinarea duritati metalelor

Embed Size (px)

DESCRIPTION

mec

Citation preview

Page 1: Determinarea duritati metalelor

ŞTIINŢA ŞI INGINERIA MATERIALELORMATERIALELOR

conf.dr.ing. Liana Balteş[email protected]

curs 3

Page 2: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

ÎNCERCĂRI DE DURITATE

Duritatea H este dată de raportul dintre forţa F care acţionează asupra penetratorului şi suprafaţa urmei lăsate de penetrator pe materialul depenetratorului şi suprafaţa urmei lăsate de penetrator pe materialul de încercat → H = F/S [MPa=N/mm2] (fig.1.)În general se aplică o forţă a cărei valoare este cunoscută şi se

Îmăsoară urma plastică rămasă pe cale optică. În cazul maselor plastice şi a cauciucului această metodă nu dă rezultate deoarece după retragerea penetratorului urma dispare ca urmare a revenirii p g p pelastice a materialului încercat. Încercarea de duritate a cauciucului şi maselor plastice se face prin măsurarea adâncimii de pătrundere sub sarcinăsarcină.

Fig.1.Schema de principiug. .Sc e a de p c p ua unei încercări de duritate

Page 3: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

P d l d d i d i ă ii l ifiProcedeele de determinare a durităţii se pot clasifica:- după natura materialului de încercat;

după viteza de încercare- după viteza de încercare, - după direcţia de acţionare a penetratorului.

Clasificarea după viteza de încercareCu sarcină statică: ex. Brinell, Vickers, Rockwell, KnoopCu sarcină dinamică:

cu măsurarea urmei după îndepărtarea sarcinii: ex. Poldicu măsurarea energiei de recul elastic: ex. Shore

Page 4: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Clasificarea după direcţia de acţionare a penetratoruluiClasificarea după direcţia de acţionare a penetratoruluiDirecţia de acţiune a penetratorului perpendiculară pe probă: toate procedeele standardizate de încercare a durităţii la metale, mase plastice şi cauciuc.Direcţia de acţiune a penetratorului tangenţial la probă: ex. duritatea prin zgâriere duritatea prin şlefuireduritatea prin zgâriere, duritatea prin şlefuire.

Determinarea durităţii prin metoda BrinellDuritatea Brinell simbolizată HB (H de la englezescul ( ghardeness, B de la Brinell) permite determinarea durităţii metalelor netratate termic precum şi a aliajelor cu durităţi reduse şi mediidurităţi reduse şi medii. Metoda constă în imprimarea pe suprafaţa probei a unei bile din oţel cu diametrul D sub acţiunea unei forţe F. Duritatea se calculează ca raport dintre forţa F şi suprafaţa calotei sferice lăsată de penetrator pe probă (fig.2.).

Page 5: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Fig.2. Schema încercării: F = Forţa de penetrare, D = Diametrul bilei de oţel, d = Diametrul amprentei

Forţă Forţă

ddiametrul

dh amprentei

F2HB

⎟⎟⎟

⎜⎜⎜

⎛ 2d - 2D - D D

F 2 = HBπ

⎠⎝

Page 6: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

La determinările de duritate pentru oţeluri cea mai utilizată bilă este cea cu D = 10 mm.Urma trebuie să aibă 0 25D<d<0 6DUrma trebuie să aibă 0,25D<d<0,6D. Grosimea piesei g > x·h (x=8 pentru oțel, x=10 pentru Cu, Al)Distanţa între două determinări (b) şi faţă de marginea piesei (a), sta ţa t e două dete ă (b) ş aţă de a g ea p ese (a),ptr.

l i 2 5 da

-oţeluri: a > 2,5 db > 4 d

Al şi Cu

a

b-Al şi Cua > 3 db > 6 d

Page 7: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Fig.3. Aparat pentru determinarea durităţii Brinelldurităţii Brinell

Page 8: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Determinarea durităţii prin metoda VickersMetoda este similară cu cea prezentată mai sus şi utilizează un penetrator din diamant sub formă de piramidă dreaptă cu bazapenetrator din diamant sub formă de piramidă dreaptă cu baza pătrată. Denumirea vine de la firma care a construit pentru prima dată acest tip de aparate. Ca şi in cazul durităţii Brinell forţa F este aplicată lent asupra penetratorului (fig.4.) aşezat pe suprafaţa probei. Duritatea HV se calculează ca raport între forţă şi aria suprafeţei laterale imprimată pe probă.p p p

22 8544,1dF

dF

SFHV ===

d d i d di l l i2

136sin2o

d = (d1 + d2)/2, unde d1 şi d2 sunt diagonalele urmei.

Page 9: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Fig.4. Schema încercării

-

Page 10: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Fig.5. Aparat pentru determinarea durităţii Vickers

a.varianta clasică, b. varianta cuvizualizare pe monitor

Page 11: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Grosimea piesei trebuie să fie mai mare de 1,5d.Suprafaţa trebuie pregătită în prealabil (rectificare), fiind în acelaşi timp o încercare foarte precisătimp o încercare foarte precisă.Se aplică tuturor materialelor.Distanţa între două amprente şi poziţia acesteia faţă de marginile sta ţa t e două a p e te ş po ţ a aceste a aţă de a g epiesei este:

l i

a

aoţeluri

a şi b > 2,5 d49 N < F < 981 N

b

49 N < F < 981 NAl şi Cu

a > 3 d şi b > 6 dş49 N < F < 1180 N

Page 12: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Determinarea durităţii prin metoda RockwellMetoda apreciază duritatea prin măsurarea adâncimii de pătrundere a unui penetrator din diamant de formă conică (HRC) (fig 6 ) sauunui penetrator din diamant de formă conică (HRC) (fig.6.) sau sferică din carburi dure sinterizate (HRB) în trei pași:- mai întâi se aplică o forţă mică F0 = 98 ± 2 N pentru a aduce 0penetratorul în contact intim cu materialul (adâncimea a);- după aceea se aplică o forţă suplimentară F1 = 1373 ± 7 N, care, sub acțiunea F + F provoacă deformare elastică și plasticăsub acțiunea F0 + F1, provoacă deformare elastică și plastică materialului (adâncimea b);- se retrage forța F1, după care, sub acțiunea doar a F0, rămâne o g ț 1 p ț 0urmă plastică de adâncime c.

Page 13: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Durittea se determină direct pe cadranul unui ceas comparator (fig.7)care urmăreşte deplasarea penetratorului direct în unităţi de duritate Rockwell. e100HRCRockwell.

0,002e - 100=HRC

Distanţa între două amprente succesive este:Oţeluri a şi b > 3 mm

a

a

b

Page 14: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Fig.6. Schema încercării de duritate Rockwell

Page 15: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Fig.7. Aparat de determinarea durităţii Rockwell cu ceas

t ( ) i di it l (b)comparator (a) și digital (b)

Page 16: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

ÎNCERCAREA LA TRACŢIUNE

E î d b ă i i l â d d idiEste încercarea de bază a unui material având drept scop ridicarea curbei caracteristice tensiune-deformaţie.Încercarea constă în supunerea la întindere unor epruvete deÎncercarea constă în supunerea la întindere unor epruvete de diferite secţiuni (fig.8.) prin aplicarea unor sarcini progresive, continue și fără șocuri în direcţia axei longitudinale, în general până la r pere măs rând se pe parc rs deformaţiilepână la rupere măsurându-se pe parcurs deformaţiile corespunzătoare diferitelor valori ale forţei de întindere.În timpul încercării epruveta se alungeşte, p p g ş ,se gâtuieşte se ecruisează şi în cele din urmă se rupe.

Fig.8. Tipuri de epruvete ptr. încercarea l ila tracţiune

Page 17: Determinarea duritati metalelor

SectiuneaProprietăţi ale materialelor şi încercări

D

h

a0

LtLcL0d0 şi S0

b0

17Fig.9. Epruveta pentru încercarea la tracţiune

Page 18: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Fi 10Fig.10. Maşina de încercat la tracţiune şitracţiune şi epruvete după rupere

Page 19: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

do-diametrul secţiunii iniţiale a epruvetei în secţiunea calibrată;So-secţiunea iniţială a epruvetei;ao şi bo-grosimea şi lăţimea iniţială în porţiunea calibrată;Lc-lungimea calibrată;Lo-lungimea iniţială (dintre repere trasate pe porţiunea calibrată);L lungimea totală;Lt-lungimea totală;h-lungimea capetelor de prindere;D-diametrul capetelor de prindereD diametrul capetelor de prindere.

Din analiza curbei caracteristice se deduc:-limita de proporţionalitate Rp (σp) [N/mm2]p p

-limita de elasticitate Rp0,02 (σe) [N/mm2]; la oţeluri se admite abaterea de 0,01% şi limita se notează cu Rp0,01

li i d R ( ) [N/ 2] l l i ă l i-limita de curgere Rp0,2 (σc) [N/mm2]; la oţeluri această alungire este 0,2%

Page 20: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

-rezistenţa la rupere Rm=Fmax/So [N/mm2]ţ p m max o [ ]-alungirea la rupere A5=Lu/Lo·100 [%]Lu-lungimea epruvetei în momentul ruperii-gâtuirea la rupere Z= (So-Su)/So·100 [%]Su-aria secţiunii de rupere

i ( )/-alungire totală At=(Lu-Lo)/Lo·100 [%]

ÎNCERCAREA LA COMPRESIUNEÎNCERCAREA LA COMPRESIUNE

Încercarea constă în aplicarea unei sarcini de compresiune în general până la ruperea ei.Forţele sunt orientate în sens invers forţelor de tracţiune.În locul alungirii se obţine o scurtare, iar în locul gâtuirii o umflareumflare.

Page 21: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

Fig 11 Epruvetă cilindrică folosită la compresiuneFig.11. Epruvetă cilindrică folosită la compresiune

• Se determină –rezistenţa la rupere la compresiune Rc=Fmax/So [N/mm2]-limita de curgere convenţională Rcp

ÎNCERCAREA LA ÎNCOVOIERE• Se aplică asupra epruvetei o sarcină de încovoiere până laSe aplică asupra epruvetei o sarcină de încovoiere până la

ruperea acesteia.

Fi 12 S h î ă ii l î iFig.12. Schema încercării la încovoiere• Se calculează rezistenţa la încovoiere Ri

8Fl30

8dFlRi π

=

Page 22: Determinarea duritati metalelor

PROPRIETĂŢI ALE MATERIALELOR ŞI ÎNCERCĂRI

ÎNCERCAREA LA FORFECARE

•Se aplică epruvetelor prelevate din semifabricate care vor fi supuse în exploatare forfecării. Se efectuează pe maşini de încercat la tracţiune sau compresiune folosind dispozitive adecvate.•Sub acţiunea forţei F epruveta P este forfecată între fălcile B1, B2 şi falca tăietoare B3 pe două secţiuni q1 şi q2. Cunoscând diametrulfalca tăietoare B3 pe două secţiuni q1 şi q2. Cunoscând diametrul epruvetei do şi forţa maximă de forfecare Fmax se calculează rezistenţa la forfecare (fig.13.):

Fig.13. Schema încercării la forfecare

200

22 d

FSF

r πτ ==

002 dS π

Page 23: Determinarea duritati metalelor

SUBIECTEIncercări de duritateIncercări de duritate.Incercări mecanice statice.