VEŽBA BR. 4

ODREĐIVANJE TVRDOĆE -

STATIČKE I DINAMIČKE METODE

Pod pojmom T V R D O Ć E nekog metala ili legure

podrazumeva se otpor koji materijal pruža prodiranju

nekog drugog tela tzv. utiskivača, koji mora imati

veću tvrdoću od ispitivanog materijala

• Utiskivači moraju imati određeni oblik i dimenzije i

• utiskivati se u materijal određenom silom

Prema načinu delovanja sile metode ispitivanja

tvrdoće mogu se podeliti na:

- STATIČKE METODE – sila deluje ravnomerno

- DINAMIČKE METODE – sila deluje udarno tj.

promenljivo

Od statičkih metoda u praksi se najčešće koriste

sledeće tri metode:

1. Brinelova metoda, HB

2. Vikersova metoda, HV

3. Rokvelova metoda, HR (HRB, HRC)

Od dinamičkih metoda za određivanje tvrdoće

karakteristične su sledeće tri metode:

1. Metoda Poldijevog čekića (metoda upoređenja)

2. Skleroskopska metoda (Šorov skleroskop)

3. Duroskopska metoda

Statičke metode se češće primenjuju za određivanje

tvrdoće metala i legura nego dinamičke.

TVRDOĆA PO BRINELU HB

Primenjuje se za određivanje nešto mekših metala i legura.

Kao utiskivač koristi se kuglica:

- od kaljenog visokougljeničnog čelika

- određenog prečnika D = 10; 5; 2,5; 1 [mm]

Sila utiskivanja kojom se kuglica utiskuje u ispitivani materijal i

prečnik kuglice treba da ispune uslov

cD

F2

c – konstanta koja zavisi od vrste materijala

(tabela 6. strana 44 – PRAKTIKUM)

Na primer za čelik c = 300

3005,2

F2 Odakle sledi F = 1875 [N]

Tako usklađujemo vrednost sile (F) i prečnik kuglice (D) u

zavisnosti od vrste materijala da se kuglica ne bi deformisala

Ispitivanje se vrši tako što na površinu ispitivanog uzorka

utiskujemo kuglicu

Otisak je sferna površina tj. kalota lopte

2222

mmdD2

D

2

DhDS

2

22 mm

N

dDDD

F2

S

FHB

Gde je:

h – dubina otiska [mm]

d – prečnik otiska [mm]

D – prečnik kuglice [mm]

• Merenje prečnika otiska vrši se preciznim instrumentom

(mikroskop sa milimetarskim zavrtnjem ili linearna

merila sa lupom različitih uvećanja)

Pokazati instrument

Aparat ima steznu glavu sa kuglicom

Sa strane je zavrtanj koji bira silu

Postolje za postavljanje uzorka

•Prvo se primakne postolje do kuglice

•Zatim se vrši opterećenje izabranom silom (opterećenje se

drži oko 15 [s] – sila deluje statički

•Meri se prečnik otiska

Primena metode HB za

merenje tvrdoće mekših

materijala, jer sam utiskivač

nema veliku tvrdoću s15s,N750F,mm5D

mm

daN195HB

215/750/5

TVRDOĆA PO VIKERSU HV

•Utiskivač je dijamantski vrh pravilne četvorostrane piramide sa

uglom između naspramnih strana od 136º

•Dijamantski vrh se utiskuje odgovarajućom silom pri čemu

ostavlja otisak u obliku piramide tj. kvadratića gledano odozgo

•Ovde merimo dijagonale otiska d1 i d2 (nekad se razlikuju zbog

plastičnosti – tečenja materijala)

mm2

ddd 21

• Tvrdoća po Vikersu se računa po obrascu

222 mm

N

d

F854,1

22cos2

d

F

S

FHV

Gde je: F – sila utiskivanja (50 ili 100 [N] oko 10 [s])

d – dijagonala otiska [mm]

•Koristi se za ispitivanje tvrdoće najtvrđih materijala, jer je

utiskivač od dijamanta – po Mosovoj skali ima vrednost 10 i

može se utiskivati u sve materijale

•Ispitivanje se vrši po standardu (sila deluje upravno i

ravnomerno, a uzorci se specijalno pripremaju)

Pokazati Vikersov aparat

HV 50/15 (F = 50 [N], t = 15 [s]

TVRDOĆA PO ROKVELU - HRB, HRC

(Rokvel B i Rokvel C metoda)

•Tvrdoća po Rokvelu određuje se na osnovu trajne dubine

otiska koji napravi utiskivač na uzorku

•Postoji veći broj ovih metoda – dve najčešće korišćene

HRB i HRC

HRB – utiskivač je kuglica od visokougljeničnog čelika D = 1/16”

- sila utiskivanja F = 900 [N] ( za mekše materijale)

HRC – utiskivač je dijamantski vrh kupe sa zaobljenjem r = 0,02 [mm], 120°

- sila utiskivanja F = 1400 [N] ( za tvrđe materijale)

I – faza predopterećenja – na uzorak deluje sila F0 = 100 [N] da bi se

anulirale izvesne neravnine na uzorku. Utiskivač se utiskuje do dubine h1

II – glavna faza – na

predopterećenje se dodaje

glavna sila. Utiskivač se

utiskuje do dubine h2

HRB: F=100+900=1000 [N]

HRC: F=100+1400=1500 [N]

Proces ispitivanja HR metodom sastoji se iz tri faze:

III – faza rasterećenja

deluje sila F0 = 100 [N]

U materijalu ostaju samo

plastične deformacije.

Utiskivač je na dubini h3.

Krajnja dubina h3 je veoma

važna za ovu metodu. (mera

tvrdoće)

Na osnovu h3 izračunava se etalon (e)

002,0

he 3

(0,002 - da bi se veličina pretvorila u tzv. Rokvelove jedinice)

Etalon (e) ne predstavlja tvrdoću zato što je dubina h3 veća kod mekših

materijala. Iz tog razloga vrednost etalona (e) se oduzima od utvrđenih

konstanti

RokvelC002,0

h100e100HRC

RokvelB002,0

h130e130HRB

3

3

Rokvelovom metodom se vrši direktno očitavanje

tvrdoće u [Rokvel B] i [Rokvel C] jedinicama

DINAMIČKE METODE ZA ODREĐIVANJE

TVRDOĆE

• Da bi se dobila pouzdana slika o mehaničkim osobinama materijala

neophodno je izvršiti i dinamička ispitivanja materijala.

• Daleko je veći broj slučajeva da je materijal izložen dinamičkom dejstvu

sile – dinamička opterećenja u praksi češća od statičkih, naročito kod

pokretnih delova mašina (vratila, zupčanici...)

• Materijali daleko teže podnose dinamička opterećenja u odnosu na

statička

Dinamičko ispitivanje može se vršiti

- udarom ili

- elastičnim odskokom

Od dinamičkih metoda za određivanje tvrdoće karakteristične su sledeće tri

metode:

1. Metoda Poldijevog čekića (metoda upoređenja) - udarom

2. Skleroskopska metoda (Šorov skleroskop) – elastičnim odskokom

3. Duroskopska metoda – elastičnim odskokom

METODA POLDIJEVOG ČEKIĆAPredstavlja jednu vrstu Brinelove metode

• Ispitivanje se vrši udarom

• Sastoji se u poređenju tvrdoće poznatog materijala –

etalona sa tvrdoćom ispitivanog materijala

Poldijev čekić ima

- utiskivač – čelična kuglica D=10mm

- telo čekića

- udarno telo - udarač

•Udar na Poldijev čekić vršimo odozgo običnim čekićem

•Važno je da udarac bude takav da ostavi jasan otisak

veličine 3 – 4 [mm]

• Sa dijagrama (na slici 36. strana 65 – PRAKTIKUM) vidi se da

su Poldijeva i Brinelova tvrd. jednake za prečnik otiska d≈3,75

[mm]

Merimo prečnik uzorka i etalona

i koristimo Brinelovu metodu za

izračunavanje tvrdoće

MPa

dDDD

F2H

MPadDDD

F2HH

2

m

22

2

E

2E1

Ako podelimo ove dve jednačine eliminišemo silu iz proračuna

MPa

dDD

dDDHH

dDDD

F2

dDDD

F2

H

H2

m

2

2

e

2

12

2

e

2

2

m

2

1

2

SKLEROSKOPSKA METODAŠorov skleroskop

• Bazira na principu elastičnosti tj. na elastičnom odskoku

utiskivača od ispitivane površine uzorka

• Koristi se za određivanje tvrdoće stenskih masa

• Tvrdoća se daje u [Šorovim jedinicama]

• Skleroskopska metoda tj. Šorova skala u mehanici stena isto je

što i Mosova skala u mineralogiji

Šorov skleroskop- Na postolje skleroskopa postavi se uzorak

- U staklenoj cevi nalazi se čelični teg male mase (0,0245[N])

- Uz staklenu cev pričvršćena je skala (0-140[Šorovih jedinica])

- Čelični teg sa zaobljenim dijamantskim vrhom podiže se na visinu h=254mm

- Cev se spusti na dole i pritisne uzorak

- Pritiskom na dugme teg pada i odskoči

- Maksimalna visina odskoka predstavlja tvrdoću

Vrši se više merenja, a tvrdoća se izračunava kao aritmetička sredina

Ne može se koristiti za materijale sa izraženim elastičnim svojstvima

Obrazac za izračunavanje tvrdoće u Šorovim jedinicama:

gde je:

n - broj odskoka tega i što je n veće rezultat je tačniji

h1, h2, …, hn - pojedinačne visine odskoka

-rezultati ispitivanja nisu sasvim pouzdani naročito kod

određivanja tvrdoće metala i legura

-uglavnom se preporučuje za ispitivanje tvrdoće čelika i

tvrdih limova u intervalu tvrdoće iznad 2250-9400 HV.-ovom metodom ne treba meriti tvrdoću predmeta tanjih od

2mm

DUROSKOPSKA METODA• Slična Šorovoj metodi

• Bazira se na elastičnom odskoku utiskivača – k l a t n a od ispitivane

površine

• Tvrdoća se izražava u [Duroskopskim jedinicama] kao neimenovan broj

• Ova metoda se retko koristi za određivanje tvrdoće metala i legura, već za

određivanje tvrdoće stenskih materijala

•Duroskopinstrument koji se primenjuje za određivanje tvrdoće ovom metodom

- jednostavne konstrukcije

- lak, malih dimenzija

- služi za brzo određivanje tvrdoće

•Na prednjem delu instrumenta je lučna cev sa izgraduisanom skalom 0-70[DJ]

•Kroz cev klizi teg koji je pričvršćen za kraj klatna

•Teg udara na utiskivač koji je postavljen na prednjoj bočnoj strani instrumenta

•Pad tega se omogućava pomoću dugmeta

•Visina odskoka se čita na skali duroskopa

•Pre početka ispitivanja duroskop se dovodi u horizontalni položaj pomoću

libele

•Vrši se više merenja (najmanje 5), uzorak se pomera pri svakom merenju