MEDŽIAGŲ KIETUMAS BEI SĄSAJŲ TARP MEDŽIAGŲ KIETUMO IR KITŲ MECHANINIŲ SAVYBIŲ NUSTATYMAS

1 LABORATORINIS DARBAS

LABORATORINIS

DARBAS

MEDŽIAGŲ
KIETUMAS BEI SĄSAJŲ TARP MEDŽIAGŲ KIETUMO IR KITŲ

MECHANINIŲ SAVYBIŲ NUSTATYMAS

Darbo

tikslas:

Išanalizuoti

ryšį tarp kietumo

ir kitų mechaninių savybių. Išmokti

savarankiškai išmatuoti metalų kietumą

Brinelio, Rokvelio, Vikerso

Šoro metodais.

Šiuo

metu populiaru lietuvinti sąvokas „stiprumą“ į

„stiprį“, „įtempimą“ į

„įtempį“ ir t.t. Mėginama lietuvinti

„kietumą“ į „kietį“. Tačiau

„Kietis“ (Artemisia) lietuviškoje enciklopedijoje

(5 tomas) yra graižažiedžių šeimos augalų

gentis. Ilgametės, rečiau vienmetės žolės ir

puskrūmiai (> 500 rūšių). Todėl

autoriai pasilieka prie įprastos sąvokos –

„kietumas“.

Darbo
užduotis:

Susipažintiir

įsisavinti stiprumo, kietumo, tamprumo, plastiškumo,

tąsumo ir trapumo sąvokas, kietumo nustatymo principus.

Išmokti naudotis Brinelio. Rokvelio, Vikerso bei Šoro

prietaisais, matuojant duotos medžiagoskietumą. IIšmokti

taikyti detalių kietumo kontrolės schemas priklausomai nuo

detalės formos.

Išmokti

naudotis įvairiais metodais nustatytu kietumo skaičių

palyginimo

lentelėmis, suvokti matavimo patikimumo

principus;

Įsisavinti medžiagų stiprumo bandymo

metodą tempiant;

Išmokti apibūdinti sąsajas

tarp

kietumo ir

kitų mechaninių savybių;

Paruošti nustatytosformos

ataskaitą (pavyzdyspriede

Nr. 1).

Įžanga

Medžiagų
mechaninės savybės ir jų charakteristikos

Medžiagų

savybės priešintis jas ardančiam jėgų

poveikiui vadinamos mechaniniu atsparumu. Fizinės medžiagų

savybės, apibudinančios medžiagų atsparumą,

vadinamos mechaninėmis medžiagų savybėmis.

Bandymai, kuriais nustatomas mechaninis atsparumas, vadinami

mechaniniais medžiagų bandymais ir jie atliekami specialia

įranga, medžiagų atsparumo. medžiagotyros ir

kitose laboratorijose. Dažnai skaičiavimuose medžiagų

savybės supaprastinamos. Visos medžiagos, nežiūrint

jų mikrostruktūros ypatumų, laikomos vienalytėmis

ir vientisomis- (materialiomis terpėmis). Tačiau metalai

yra polikristalinės ((nevienalytės) medžiagos, t.y. jų

struktūra sudaryta iš daugelio chaotiškai vienas

kito atžvilgiu orientuotų (pasisukusių) dalelių,

vadinamų kristalitais. Paprastumo dėlei priimama. kad

medžiaga tolydžiai užpildo visą konstrukcijos

tūrį. Todėl vientisai materialiai terpei galima

taikyti nykstamų dydžių analizę. Atskiras metalo

grūdelis yra anizotropinis. Kai kūno tūryje yra

daugybė chaotiškai išsidėsčiusių

kristalitų ,, tai medžiagą galima laikyti izotropine.

Tyrimo (skaičiavimo) metu, dažniausiai priimame, kad

metalai yra izotropinės medžiagos, mediena yra anizolropinė

– jos savybės priklauso nuo pluoštų orientacijos.

Anizotropinė yra fanera, taip pat ir audiniai.

Deformacija
– tai įvairių jėgų veikiamo gaminio matmenų

ir formos kitimas. Yra dvi deformacijos rūsys: tamprioji ir

plastinė. Tamprioji
(grįžtamoji) – tokia deformacija, kai jėgoms veikiant,

gaminio matmenys ir forma pasikeičia, tačiau joms nustojus

veikti, deformacija išnyksta, t.y. gaminys atgauna pirmykščius

matmenis bei formą. Plastinė
(liekamoji) deformacija tokia, kai jėgoms nustojus veikti,

matmenys ir forma lieka pakitę. Su deformacijos sąvoka

susijusios mechaninės metalų ir kitu konstrukcinių

medžiagų charakteristikos.

Stiprumas
–

išorinių jėgų veikiamos medžiagos

gebėjimas priešintis deformavimui nesuyrant.

Konstrukcinis
stiprumas
–

medžiagos stiprumas konkrečiame konstrukciniame elemente,

t.y. kai yra apibrėžti gaminio matmenys. forma ir tam tikra

apkrova. Konstrukcinį stiprumą nusako medžiagos

stipruminiai rodikliai, taip pat gaminio patikimumas ir

ilgaamžiškumas. Abi pagrindinės statinio stiprumo

charakteristikos Rm
ir

RP0,2–

randamas specialiais, ppakankamai brangiais bandymais, todėl

apytiksliai jas galima apskaičiuoti įspaudimo metodu pagal

nustatytą medžiagos kietumą, apytiksliai Rm
=HB/3, HB čia – Brinelio metodu nustatytas kietumas.

Kai

kurie,

ypač didelių matmenų. gaminiai (staklių stovai,

reduktorių korpusai arba robotų stovai)turi

išlaikyti tikslius

matmenis, todėl svarbi yra medžiagųstandumo
charakteristika – pasipriešinimas tampriai – plastinėms

deformacijoms. Jas apibūdina medžiagos tamprumomodulisE
(Jungo

arba

šlyties modulis) ir Puasono koeficientas .

Lenkiamose

arba sukamose detalėse įtempiai

pasiskirsto netolygiai: ašinėje dalyje jie minimalus, o

paviršiuose – maksimalūs.Tai

ypač svarbu,

kai apkrova ciklinė, nes nuovarginiai įtrūkimai

prasideda paviršiuje.

Paviršinių

sluoksnių savybės dažniausiai keičiamos tada, kai

reikia padidinti gaminio kietumą ir atsparumą dilimui arba

padidinti jo aatsparumą agresyviai aplinkai, t.y. korozijai bei

oksidacijai aukštoje temperatūroje. Taikomi įvairūs

termocheminio apdirbimo metodai – cementavimas, azotavimas,

karbonitravimas ir kt.

Standumas
–

išorinių jėgų veikiamo gaminio geba išlaikyti

matmenis deformacijų ribose;

Tamprumas
–

medžiagos geba atgauti pirmykščius matmenis ir

formą, kai pašalinama apkrova:

Plastiškumas
–

medžiagos geba deformuotis nesuyrant, kai veikia apkrova ir

išlaikyti pakitusią forma, kai apkrova pašalinama;

Trapumas
– medžiagos savybė suirti nesusidarant pastebimoms

plastinėms deformacijoms.

Tąsumas
–

medžiagos geba priešintis susidariusio plyšio

plėtimuisi. Reikia skirti tąsumą nuo plastiškumo.

Smūginis

tąsumas
– geba priešintis suirimui veikiant smūginei apkrovai,

t.y. staiga didėjančiai apkrovai.

Kietumas
–

medžiagos geba priešintis kito kietesnio kūno

(indcntoriaus) įspaudimui ar įrėžimui ir nesuirti

lokaliame deformuotame tūryje.

Valkšnumas
–
medžiagos geba deformuotis plastiškai, veikiant pastovaus

dydžio ilgalaikėms apkrovoms arba įtempiams;

Relaksacija
–

įtempių mažėjimas, esant pastoviai pradinei

deformacijai, Medžiagųvalkšnumo

ir relaksacinės

savybės gali buti apibudinamos valkšnumo ir įlempimų

relaksacijos ribomis.

Pagrindinė

mechaninių bandymų

diagrama yra tempimo diagrama, t.y. ryšys tarp jėgos P ir

pailgėjimo l

arba išvestinių įtempimų 

ir deformacijų .

Įvairių

medžiagų

tempimo diagramos gali buti skirtingos. Plastiško plieno

tempimo diagrama parodyta paveiksle. Čia pavaizduotoje kreivėje

(pav. 1 ) galima išskirti kelis būdingus taškus iš

kurių pagrindiniai yra C ir

1
pav.
Mažaanglio plieno tempimo diagrama: (kairėje) ir įvairių

medžiagų tempimo diagramos (dešinėje): čia

a – plastiškų medžiagų su ryškia

takumo riba, b – plastiškų medžiagų, c – trapių

medžiagų. d – gumos tipo medžiagų

Taške
C,
pasiekus apkrovąPT
bandinys pradeda ilgėti apkrovai beveik nesikeičiant.Apkrovą

Py
atitinkantis įtempis vadinamas takumo riba – Rp(t)

pT/fo.

Kai

kurių rūšių plieno takumo riba neryški,

todėljipakeičiama

sąlygine takumo riba – Rp0,2(0,2).Tai

įtempis, kai susidaro 0,2 % liekamoji deformacija, kartais

žymimas raidėmis 0,2.

Taške

D, >PU
–

maksimali bandinio tempimo apkrova. Toliau bandinys ilgėja

mažėjant apkrovai,nes

vietoj tolygios deformacijos per visą skaičiuojamąjį

bandinio ilgį, atsiranda vietinė deformacija – susidaro

kakliukas, t.y. ilgėja ir plonėja viena bandinio dalis. Šią

apkrovą atitinkantis įtempimas vadinamas stiprumo riba –

RmU) = PU/Fo
,

kartais žymimas raidėmis U.

Įvairaus

pradinio ilgio bandinių absoliutinės deformacijos reikšmės,

esant vienodai apkrovai, nevienodos. Todėl paprastai taikoma

santykinės

deformacijos reikšmė 

–

tai absoliutines deformacijosl
ir bandinio pirminio

skaičiuojamojo ilgio l0
santykis (=

l/l0).

Pradinė

tempimo diagramosdalis

yra tiesinė: deformacija tiesiog

proporcingaįlempimui.

Tai

išreiškiama Huko dėsniu  = E

čia

E
–

proporcingumo koeficientas, vadinamastamprumo

moduliu
(Jungo moduliu). Tai svarbi konstrukcinės medžiagos

konstanta. Ji nusako medžiagos standumą ir parodo jos gebą

priešintis tampriajai deformacijai. Iš formulės

E = /
matome, kad tamprumo modulis lygus įtempiams,jei = 1.

Tai

bus

tokiu

atveju, jei deformuojant =

l/l0= 1.

Pailgėjimas l
bus lygus pradiniam ilgiui l0.

Plieno

tamprumo modulis gana didelis – E
=

210 GPa (21000 kgf/m2,

tuo tarpu vario (E
= 120 GPa) aliuminio (E

72 GPa), gerokai mažesnis. Gumai – E

80 MPa. Tamprumo modulio reikšmė nepriklauso nuo

struktūros, mažai keičiasi ir apdirbus metalą

termiškai.

Tempiant,

plastinės deformacijos atsiranda tada, kai apkrova tampa didesnė

už tamprumo ribą. Toliau tempiant, apkrova vis didėja,

nes dėl

plastinės deformacijos metalas kietėja – labiau priešinasi

deformavimui (pav. 1, a.).

Sukietintų

medžiagų

stiprumo riba sutampa su takumo riba. Skirtingų konstrukcinių

medžiagų tempimo diagramos yra skirtingos. Kai kurių

medžiagų tempimo diagramų schemos pateikiamos 1

paveiksle b.

Medžiagos

plastiškumą nusako dvi iš

tempimo diagramos gaunamos charakteristikos:

Santykinis

pailgėjimas
ir

santykinis susitraukimas .

Abi jos išreiškiamos procentais. Santykinis pailgėjimas

– tai bandinio ilgio nutrūkstant l1
ir pradinio ilgio l0
skirtumo (pailgėjimo) santykis su pradiniu ilgiu.

Santykinis

susitraukimas

–

tai bandinio pradinio skerspjūvio plooto F0
bei skerspjūvio ploto F1
toje vietoje, kur

susidaro kakliukas ir bandinys suyra, skirtumo ir pradinio

skerspjūvio ploto F0,

santykis.

Abi

šios trapių

medžiagų charakteristikos yra artimos nuliui, o plastiškų

medžiagų – gali siekti keliasdešimt procentų.

Santykinis susitraukimas yra tikslesnė plastiškumo

charakteristika ir visuomet 
> .

Atliekant

konstrukcinius skaičiavimus, svarbiausios standartinės

medžiagos stiprumo charakteristikosyratempimo

stiprumo riba Rm
(trapių

medžiagų) ir takumo riba Rparba

Rp0,2

(plastiškų medžiagų). Tačiau šios

reikšmės yra ribinės. Leistinieji

įtempimai
– įtempiai, kurių daug neviršijus,

konstrukcija gali dirbti saugiai, su tam tikra atsarga (adl.).

Leistinieji įtempiai yra žymiai mažesni už

ribinius: plastiškoms medžiagoms adm
= Rp0.2,

trapioms – adl
=

Rm/2.4.

Žinant

lydinio kietumą,

galima spręsti apie metalo apdirbamumą pjovimu ar plastiniu

deformavimu, numatyti detalių atsparumą dilimui.

Kietumas

nėra atskira medžiagos fizinė konstanta (pvz., kaip

medžiagos lyginamasis svoris,

tankisirpan.).

Tai atitinkama forma išreikštas medžiagos

mechaninis atsparumas, atitinkantis tam tikrą deformacijosirįtempių

būvį, panašiai kaip atsparumas tempimui, gniuždymui,

sukimui ar pan. Kietumas yra svarbiausias įrankinių plienų

mechaninis rodiklis, nes praktiškai nusako atsparumą

kontaktiniams įtempimams įrankio darbinėje briaunoje

ir yra bendrinis medžiagų stiprumo sąvokos analogas.

Medžiagos kietumo matavimas technikoje turi didelę reikšmę,

nes iš kietumo duomenų galima apytikriai nustatyti

pagrindines mechanines medžiagų savybes (Rm,

Rp0,2,

,

).

Bandymas atliekamas labai greitai. be to. nereikia specialių

bandinių. Bandymą galima atlikti nesuardant detalės.

Ypač svarbių duomenų iš kietumo bandymų

gauna konstruktorius, parinkdamas atskirų mazgų detalių

medžiagas.

Kietumo

bandymai

nuo kitų medžiagų mechaninių savybių bandymų

skiriasi tuo, kad juos atliekant deformuojamas ne visas bandinio

turis, o tik nedidelė jo dalis. Kietumas nustatomas pastovia

jėga ir greičiu spaudžiant į

bandomojo metalo paviršių atitinkamos formos antgalį.

Priklausomai nu

o matavimo būdo – rutuliuką, kūgį

ar keturbriaunę piramidę. Iš indentoriumi padaryto

įspaudo matmenų galima spręsti apie medžiagos

kietumą. Kuo metalas kietesnis, veikiant tai pačiai jėgai

indentorius padarys mažesnį įspaudą ir

atvirkščiai, kuo metalas minkštesnis, tuo įspaudo

skersmuo ar gylis bandinio paviršiuje bus didesni.

Medžiagų

kietumo sąvoka.

Taip

jau istoriškai susiklostė, kad kietumas (HB, HV. ir kt.)

yra išreiškiami masės dimensija kG/mm2.

Todėl darbe laikomasi šios dimensijos bei naujosios SI

sistemos. naudojant jėgos dimensiją, kur 1 kG ≈
10 N ir 1 kG/mm2

≈
10 MPa, 100 kG/mm2

≈
1 GPa. Yra sudaryti standartai. kietumo nustatymui ir jų

palyginimo lentelės. KKietumas žymimas raide „H„.

Po raides H
einantys simboliai, raidės ar skaičiai žymi būdo

pavadinimą, naudojamos apkrovos dydį ir pan. Pavyzdžiui,

žymėjimas 230

HB
reiškia kietumo dydį, nustatytą Brinelio metodu, 232

HV
– Vikerso. 60

HRC
– kietumą nustatytą Rokvelio metodu, naudojant kūgį

(naudojant C skalę, 1500 N apkrova), o 50 HRB

–
naudojant rutuliuką ( B

skalė, 1000 N apkrova). 40

HRA
– bandymas atliktas kūgiu (naudojant skalę A, 600 N apkrova

). Taikant Vikerso metodą išmatuotas mikrokietumas

žymimas H,

arba 5500
H50–

mikrokietumas gautas matuojant 50 g apkrova.

Dažniausiai

mikrokietumo matavimo būdas naudojamas labai plonoms dangoms ar

net metalo grūdelių
(atskirų

fazių)
kietumui nustatyti. Bendruoju atveju kkietumo skaičiai

išreiškiami įtempimų dimensija – MPa.

Nors,

įvairiais matavimo metodais nustatyta kietumo

skaitinė reikšmė gali būti tokia pati, kietumas

nebus vienodas.

Praktikoje jas tenka dažnai lyginti. Šiam tikslui yra

sudarytos specialios lentelės (priedas Nr. 2).

Metalų

kietumo

matavimo būdai

Metalų

kietumo
bandymas Brinelio metodu

Nustatant

kietumą Brinelio metodu, į tiriamą medžiagą

įspaudžiamas grūdinto plieno rutuliukas

(2. ppav.).

pav.
Kietumo nustatymo Brinelio metodu schema:

D–

rutuliuko skersmuo; d

–

įspaudo skersmuo; P
–

apkrova

Spaudimo

jėga Fir

įspaudo sferinio paviršiaus ploto S
santykis charakterizuoja metalo kietumą Brinelio vienetais

(HB).

kG/mm2 (1kG = 10MPa) (1)

įspaudo

sferinio paviršiaus plotas S

= Dh.

Brinelio

įrenginio

konstrukcija ir veikimas

Prietaiso

kietumui matuoti įspaudimo būdu bendroji schema parodyta

3 paveiksle.

pav.
Prietaiso skirto kietumui matuoti schema:

– vaizdo

fokusavimo sistema; 2 – duomenų; ekranas (skalė,

minikompiuteris): 3 -įspaudimo

įrenginys;

– specialios formos antgalis įspaudui padaryti

ir keičiamas objektyvas: 5 – bandinys: 6 – įveržimo

sraigtas su sukračiu; 7 – sraigto kreipiančioji: 8 –

pradinės apkrovos mechanizmas (tik Rokvelio prietaise): 9

-apkrovos svirtis; 10 – mikroskopo apšvietimo

sistema: 11 – apkrovos pasirinkimo svirtys;12

– apkrovos mechanizmo paleidimo svirtis.

Bandinys

5 padedamas ant stalelio, esančio

sraigto 6 viršuje. įspaudimo įrenginyje 3 yra

pasukama dalis. Ji pasukama taip, kad ties bandiniu butų

įspaudimo antgalis. Tada, sukant smagratuką pagal

laikrodžio rodyklę, sraigtas pakelia stalelįirprispaudžia

bandinį| prie antgalio. Kai kuriuose prietaisuose būna

speciali atrama – eigos ribotuvas. Tada smagratuką sukamas tol.

kol bandinys atsiremia į atramą. Paspaudus svirtį 12

įjungiamas apkrovos mechanizmas. Tuo metu svarmenys per svirtį

9 spaudžia indentorių į bandinio paviršių.

Paprastai apkrova veikia tam tikrą, nustatytą laiko tarpą.

Po to krūvis nuo antgalio nuimamas. Svirtis 12 pastatoma į

pradinę padėti. Stalelis kiek nuleidžiamas žemyn.

Atsukamas įrenginio 3 mikroskopas ir išmatuojamas įspaudo

plotis (skersmuo) ar gylis. Įspaudo vaizdas matomas fokusavimo

sistemos 1 ekrane. Visų kietumo matavimo įspaudimo būdu

prietaisų schemos labai panašios, išskyrus

naudojamus indentorius.

Rutuliuko

skersmens ir krūvio

parinkimas matuojant Brinnelio prietaisu

Rutuliuko

skersmuo gali buti D

=10;

5 arba 2,5 mm, Jis parenkamas priklausomai nuo bandinio storio.

Kuomet bandinio storis didesnis kaip 6 mm. naudojamas 10 mm skersmens

rutuliukas. Nuo 6 iki 3 mm storio bandiniams – rutuliuko skersmuo 5mm;
plonesniems kaip 3 mm bandiniams ~ 2,5 mm. Labai ploniems bandiniams

gali buti naudojami 2 ir 1 mm skersmens rutuliukai. Jei bandant labai

mažo storio bandinius. negalime parinki mažo skersmens

rutuliukų, galima sudėti tiek bandinių, kad gautume

tinkamo storio rinkinį. Rutuliuko apkrova nustatoma proporcingai

rutuliuko skersmeniui:

P=KD2M

(2)

Formulėje

K
–

koeficientas paklausantis nuo bandomojo metalo spėjamokietumo:

plienui ir ketui K =

300; vario lydiniams K
= 100; aliuminiui K
= 25. Pasirinkti rutuliuko skersmenį ir svorius patogiau

naudojantis lentele 1.1:

lentelė.

Rutuliuko

skersmens ir krūvio parinkimo

lentelė

Brinelio

metodui

Medžiaga

Spėjamas

kietumas,
HB

Bandomos

medžiagos

storis, mm

Koeficientas

Rutuliuko

skersmuo D, mm

Krūvis,

Apkrovim

laikas, s

Juodieji

metalai

. 450

> 6

nuo 6 iki 3

300

2,5

7,5

1.875

(30)

Spalvotieji

mulatai ir jų lydiniai (varis)

32 . 130

nuo 6 iki 3

100

2,5

2.5

0.625

Spalvotieji

metalai ir jų lydiniai (aliuminis, guolių lydiniai)

8 . 35

nuo 6 iki 3

< 3

2,5

2.5

0,625

0.156

Brinelio

preso

paruošimas ir kietumo bandymai

Bandinio

paviršius, kuriame bus daromas įspaudas, nulyginamas

dilde arba šlifavimo disku. Šlifavimo

melu

bandinio temperatūra

neturi viršyti 150 oC

temperatūros. Toks paviršiaus paruosimas reikalingas

taisyklingam ir gerai matomam įspaudui gauti.

Kietumo

bandymas atliekamas taip:

Sudaryli

kietumo bandymo detalės paviršiui schemą.

Įsitikinti,

kad ant pakabos 7 pakabinti parinkto krūvio svarsčiai 8.

remiantis 1.1 lenteles duomenimis (jau atlikta).

Ant

stalelio 4 padėti dėstytojo duotą bandinį.

Atstumasnuo

įspaudo krašto iki bandinio krašto (ar tarp

įspaudų)

turi būti ne mažesnis už antgalio rutuliuko

skersmenį.

Sukant

smagratuką, 3 pagal laikrodžio rodyklę, spausti

bandinį| prie rutuliuko 5 (sukant smagratuką laikrodžio

r />
rodyklės kryptimi) tol. kol bandinys atsirems į atramą.

Paspaudus

mygtuką kairėje stovo pusėje, apačioje). įjungti

prietaisą. Laukti kol prietaisas išsijungs.

Varikliui

išsijungus, sukant smagratuką 3 (prieš laikrodžio

rodyklę). nuleisti stalelį[ ir išimti bandinuką.

Specialiu

mikroskopiniu žiūronu išmatuoti įspaudo

skersmenį (mikroskopo padalos vertė – 0,05 mm.).

Matuojama dviem statmenom kryptim ir išvedamas tų dviejų

matavimų aritmetinis vidurkis, kuris užrašomas į

protokolą. Matavimas kartojamas dardu – tris kartus. Užpildomas

bandymo protokolas.

Iš

1.3 lenteles priede, pagal gauto įspaudo skersmenį

nustatyti kietuma HB ir įrašyti i bandymo protokolą.

Dažniausiai

Brinelio metodu bandomas liejinių pavyzdžių

metalurgijos pramonėje arba negrūdintų ruošiniu,

iš kurių bus gaminamos detalės, kietumas.

Kietumo
bandymas Rokvelio metodu

Bandymo

schema nustatant kietumą

Rokvelio metodu parodyta 1.3 pav.

Nustatant

kietumą

Rokvelio metodu kietiems metalams į bandinio paviršiu

įspaudžiamas kūgis (viršūnes kampas 120o

). arba 1,587 mm skersmens grūdinto plieno rutuliukas, bandant

minkštus metalus. Kūgio ir rutuliuko įsmigimo gylis

atskaičiuojamas prietaiso indikatoriaus skalėje

sugraduotoje HR
kietumovienetais.

Kietumo nustatymo principas yra toks:

Apkrovus

antgalį nedidele pradine (100 N) apkrova P0

(žiūrėti 4 paveikslą). gaunama įsmigimo

gylis h0,

pridėjus papildomą apkrovą

iki sumines apkrovos p1,

gaunamas

įsmigimo gylish1.
Po to, nuėmus papildomą apkrovą ir palikus tik pradinę

įsmigimo gylis sumažėja ikih2.
Rokvelio kietumo matas yra likusio įsmigimo gylio h2

ir pradinio įsmigimo gylio h0

skirtumas – h
=

– h0)

(4pav.).

Pagal

šįkietumo

matą randamas kietumo Rokvelio skaičius.

pav.
Medžiagos kietumo nustatymo Rokvelio metodu schema a), pradinė

skalės rodyklių padėtis, rodyklių padėtis

esant pirminei apkrovai

(3)

čia

HR – Rokvelio kietumo skaičius;

–skales

konstanta (kūginiam indenloriui k = 100,

rutuliukui k=

130):

–indikatoriaus

skales padalos verte (0,002 mm).

ass="western" style="margin-bottom:0in;line-height:150%;">Kietumo

bandymas Rokvelio metodu labai našus ir nesugadina gaminio

paviršiaus, nesįspaudas

labai mažas.

Todėl. šis metodas plačiai taikomas mašinų

gamybos produkcijos kokybei tikrinti. Rokvelio prietaiso konstrukcija

panaši kaip ir Brinelio pritaiso.

Kietumo
nustatymo eiga

Bandinys dedamas

ant stalelio.

Rankenėlėmis sukant smagratuką

pagal laikrodžio rodyklę, bandinys priartinamas prie

antgalio (rutuliuko ar kūgio viršūnės).

Bandinio paviršius turi būti šlifuotas, be

didesnių subraižymų. Jei bandinys plokščias

naudojamas plokščias stalelis, jei cilindro formos –

stalelis-prizmė. Smagratuką sukant pagal laikrodžio

rodyklę toliau, tol, kol mažoji rodyklė sutaps su

raudonu taškeliu (4 pav. c) antgalis įsigilina į

bandinį. Taip antgalis apkraunamas pradiniu krūviu.

Pageidautina, kad didžioji rodyklė tuo metu butų

nukreipta vertikaliai aukštyn. Kad butų patogiau

registruoti parodymus skalėje, ties didžiąja rodykle

nustatoma nuline C skalės padala.

Lengvai

pastūmus atlenkti rankenėlę-fiksatorių (kitose

modifikacijose, paspausti įjungimo mygtuką). Taip

atpalaiduojama svirtis, kurios gale pakabinti svarsčiai (600.

400 ir 500 N nominalo) Antgalis (rutuliukas ar kūgis)

apkraunamas bendru (pradiniu ir pagrindiniu) krūviu. Kilos

modifikacijos Rokvelio prietaise vietoje rankenėlės-fiksatoriaus

yra svirtis, kurią paspaudus įjungiama automatinė

apkrovos pavara.

Palaukiama kol didžioji rodyklė

nustos judėjusi.

Pagrindinio

krūvio

veikiamas, rutuliukas (kūgis) sminga į

bandinį. Tuo metu didžioji rodyklė sukasi prieš

laikrodžio rodyklę. Pagrindinio krūvio judėjimo

laikas – 5 . 7 s. Lėtą ir tolygų krūvio

perdavimą užtikrina alyvos amortizatorius (kitoje

modifikacijoje – pavaros kumštelis).

Rankenėlei

atsirėmus į atramą, didžioji rodyklė

sustoja. Gražinus

rankenėlę i pradinę padėtį, pagrindinis

krūvis nuimamas, paliekamas tik paruošiamasis. Tuo

metu didžioji rodyklė pasisuka pagal laikrodžio

rodyklę ir sustojusi parodo kietumą Rokvelio vienetais.

Atliekant

kietumo bandymą

rutuliuku, metalo kietumas nustatomas raudonoje skalėje

(B) ir

žymimas HRB; bandant kūgiu – kietumas atskaitomas juodoje

Baigus matavimą ir užrašius prietaiso parodymus.

smagratukas pasukamas priės laikrodžio rodykle. Stalelis

nuleidžiamas ir atpalaiduojamas bandinys. Bandymas pakartojamas

tris kartus. Atstumas tarp įspaudų turi buti ne mažesnis

kaip 2,5 mm bandant kūgiu ir – 4 mm bandant rutuliuku, kad buvęs

įspaudimas ne įtakotų bandymo rezultatų.

7.Bandymo

rezultatai registruojami bandymo protokole.Rokvelio

kietumo

vienetaipervedami

į Brineliovienetus

naudojantis 1.2 lentele (priede). Indentoriaus ir apkrovos parenkami

naudojantis 1.2 lentele.

1.2

lentelė.
Indentoriaus formos ir krūvio parinkimo lentelė bandant

kietumą Rokvelio būdu

Apytikris

Brinelio kietumas,

HB; (arba metalo rūšis)

Skalė

Indentorius

Bendra apkrova

Rokvelio

kietumo žymėjimas

230.700

(juodieji

metalai)

th="33">

Kūgis

(120°kampas)

1500

HRC

60 . 230

spalvotieji

metalai ir jų lydiniai; atkaitintas plienas

Rutuliukas

(1,587mm

skersmens)

1000

HRB

Virs 700

(kietlydiniai. metalokeramika)

Kūgis

(120°kampas)

600

HRA

Polimerinių

medžiagų (plastmasių) kietumo

mariavimui

Rutuliukas

(6,350

mm skersmens)

980,7

HRM

Kietumo

bandymas Vikerso metodu

Nustatant

metalų ir jų lydinių kietumą Vikerso

metodu

į paviršių įspaudžiama keturbriaunė

deimantinė piramidė (viršūnės kampas – 136

0).

Žinant apkrovos dydį apskaičiuojamas kietumas

HV:

kG/mm2;

(4)

čia

F–

piramidės apkrova kG; d
–

vidutinis aritmetinis atspaudo įstrižainių vidurkis

mm.

Vikerso

kietmačio konstrukcija ir veikimo principas

Prietaiso

veikiančio

Vikerso metodu, schema labai panaši į

kitas (3 pav.). Kadangi naudojamos mažesnės apkrovos (5,

50, 100 N). gaunamas labai mažas įspaudas. Todėl

papildomai naudojamas mikroskopas su mikrometu (5 pav.).

09722b026fe4e5b2_html_33af2ae8.gif" class="PopBoxImageSmall" alt="s_09722b026fe4e5b2_html_33af2ae8.gif" />

Pav.
Vikerso prietaiso mikrometras: 1 – mikrometro optinės skalės

reguliatorius; 2 – punktyrinio brūkšnio reguliatorius; 3

– mikrometrinis sraigtas, okuliaras: b) įspaudo matavimo schema

Svarbiausia

prietaiso

dalis taip pat yra pasukama kombinuota matavimo galvute (kaip ir 3

pav.). Joje įmontuotas antgalis su piramide (įspaudui

padaryti) ir optinis mikroskopas (įspaudo ddydžiui matuoti).

Bandinys dedamas ant stalelio. Stalelio viršus keičiamas

priklausomai nuo bandinio formos. Smagračio pagalba stalelis

keliamas (nuleidžiamas) tol kol bandinys atsiremia i atramą.

Prieš paleidžiant prietaisą reikia žinoti

apkrovos dydį. Prietaisas paleidžiamas rankena paspaudus

svirtį po smagračiu. Prietaisas automatiškai uždeda

ir nuima apkrovą nuoantgalio.
Kai svirtis pasiekia viršutinę padėtį (sustoja)

ją reikia vėl nulenkti žemyn iki galo (užsifiksuoja).

Bandymas baigtas.

Stalelis

nuleidžiamas sukant smagratį prieš laikrodžio

rodyklę, tada pasukamasis įtaisas atsukamas taip. kad ties

įspaudu būtų mikroskopo objektyvas. Žiūrint

pro mikroskopo okuliarą stalelis leidžiamas (arba keliamas)

tol kol išryškėja metalo paviršiaus vaizdas

su padarytu įspaudu.

Mikroskopo

okuliare (optiniame mikrometre) yra dvi ilgesnės juosteles –

kairioji ir dešinioji (5 pav. b). Matuojant įspaudo

įstrižainių ilgį sraigtu 3 sutapdiname vientisas

juosteles. Mikrometrinio sraigto skalė turi būti ties „0"

padala. Tada sraigtu 1 juosteles pastatome ties įspaudo kairiojo

kampo viršūne (kuo tiksliau). Sukdami mikrometro sraigtą

>3 vieną iš juostelių pastatome ties dešiniu

įspaudo kampu. Viršutinėje okuliaro dalyje įbrėžta

liniuotė. Įspaudo dydis nustatomas naudojantis šia

liniuote ir

mikrometriniu sraigtu. Pavyzdžiui 5 pav. b, įspaudo

įstrižainės ilgis yra 0,45 mm. Mikrometrinio sraigto

padalos vertė yra 2,5 m

kai objektyvo didinimasyra

3,7x.

Kai objektyvo didinimas 10x,

mikrometro sraigto padalos vertė bus 1 m

(0.001 mm), o liniuotės padalos vertė – 100 m

(0,1 mm), gauti duomenys surašomi į

lentelę. Paprastai atliekami 3 . 5 vieno bandinio matavimai,

Atstumas tarp įspaudų turi buti ne mažesnis kaip

2.5jau esančio įspaudo ilgio.

Matuojant

Vikerso metodu

krūviai parenkami atsižvelgiant į bandinio storį

arrba sustiprinto sluoksnio (dangos) storį.

Kietumo
nustatymo eiga

Uždėtibandinį

ant stalelio

Pakelti stalelį kol atsirems į atramą

Paleisti

prietaiso mechanizmą. Trumpai spustelti rankenėlę 1.

Pakilus ir sustojus svirčiai 2 Ją vėl gražinti į

pradinę padėtį.

Nuleisti staleli tiek, kad galima butu atsukti

mikroskopo objektyvą virš bandinio

Išmatuoti įspaudo dydį.

Iš lentelės (priedas) pagal gautą įspaudo dydį

parinkti kietumo
HV
reikšmę.

Bandymą pakartoti 3 kartus. Duomenis įrašyti į

bandymų protokolą.

Nustatant

metalų kietumą

Vikerso prietaisu gali buti naudojamas ir plieninis rutuliukas.

Metalu

kietumo, nustatyto įvairiais

metodais suderinimo lentelės pateiktos priede.

Kietumo
bandymas Šoro metodu

Kietumo

nustatymas Šoro metodu skiriasi nuo jau minėtų

statinio kietumo matavimo būdų – kietumas matuojamas

dinamiškai ne pagal padaryto įspaudo dydį, o pagal

atšokimo aukštį. Šoro metodu bandymas

atliekamas taip: žinomos medžiagos, žinomo svorio

plieninis rutuliukas yra metamas iš žinomo aukščio

ir fiksuojamas jo atšokimo nuo bandomo paviršiaus

aukštis h2

(6 pav.).

Kuo

medžiaga minkštesnė, tuo didesnė jos plastinė

deformacija. Deformuojantis bandomai medžiagai gesinama

rutuliuko kinetinė energija ir jis mažiau atšoka nuo

paviršiaus. Panašiai kaip kamuolys, pvz.: nuo čiužinio

ir nuo medinių grindų. Dažniausiai jį sudaro

automatinis mušiklio metimo vamzdelis – matavimo įrankis.

mini-kompiuteris su spausdintuvu. maitinimo blokas (ir baterijos).

Matuojant bandinio kietumą naudojamas prietaisas užtaisomas,

stabiliai prispaudžiamas prie bandinio paviršiaus ir

paspaudus prietaiso mygtuką daužiklis paleidžiamas.

Minikompiuterio

ekrane parodomas kietumo skaičius. Patogu tai, kad naudojant šį

prietaisą galime pasirinkti kokiais vienetais gauti kietumą

HB, HV, HRC ar pan. Tam reikia paspausti mygtuką H. Jei

matuojant ekrane pasirodo klaidos ženklas E,

tai reiškia, kad pasirinkta kietumo vienetai netinka to metalo

kietumui matuoti. Reikia pasirinkti kitus vienetus. Paspaudus mygtuką



galime iškarto gauti metalo stiprumo reikšmę.

Atlikę keletą matavimų galime gauti jų vidutinę

reikšmę. Tam reikia paspausti mygtuką ENTER-AVERAGEvieną

kartą. Paspaudusšį

mygtukądukart

ištrinamos buvusios reikšmės ir galima matuoti

kitą bandinį.

Šoro

metodu, galima matuoti plastikų, metalų, mineralų,

dažų kietumą,

ypač tais atvejais kai negalime palikti įspaudimo žymių

paviršiuose. Atskiroms medžiagų grupėms matuoti

yra pritaikyti skirtingi indentoriai, kurie paprastai žymimi

kodine raide.

Kaip

ir kitu kietumo bandymų metu, gautos reikšmės

matuojant kietumą

Šoro metodu (HSD) surašomosį

bandymu

protokolą.

pav.
Šoro prietaiso principinė schema:

Brinelio,

Rokvelio, Vikerso ir Šoro prietaisų patikra

Vienokios

yra

kitokios konstrukcijos kietumo bandymų prietaisai yra sudėtingi

mechanizmai, kuriems reikalinga nuolatinė priežiūra,

eksploatacijos kultūrair

patikra. Kiekvienas tikslus prietaisas gali išsiderinti.

Kietumo

bandymų prietaisai tikrinami naudojant kontrolines plokšteles.

Tai plieninės plokštelės, kurių kietumas yra

jau žinomas. Ant plokštelių skirtų Brinelio

prietaisui tikrinti yra nurodytas plokštelės kietumas HB
ir kokiai apkrovai esant, kokio skersmens rutuliuką naudojant

turi buti atliktas patikrinimas. Rokvelio prietaisui tikrinti

plokštelės pažymėtos kietumo skaičiumi ir

užrašais HRA, HRB ar HRC. Tikslumas tikrinamas kiekvienai

skalei atskirai. priklausomaikuri

skalė naudojama.Ant

Vikerso prietaiso patikros kontrolinės plokštelės

užrašytas kietumasHV

ir koki krūvį reikia

naudotitikrinant.

Šoro

metodui –

ant plokštelės

rašomas kietumas Šoro vienetais. Kietumo

ir stiprumo ryšio nustatymas.

Naudojant

(spaudimo metodus

galima nustatytine

tik kietuma bet ir medžiagų mažų tūrių

mechaninį atsparumą, panašiai kaip gniuždant,

tempiant ar sukant. Geriausiai mechanines savybes atspindi medžiagų

deformacijos diagramos. Analogiškos diagramos gaunamos

kontaktinio gniuždymo ar kietumo bandymais, Tokiu būdu,

negaminant, neišbandant ir nesuardant tiriamos medžiagos

bandiniu, tam tikru tikslumu nustatyti jos pagrindines mechanines

charakteristikas.

Įtempių

ir deformacijos (

– )

kreives, esant liinijiniam tempimui ar gniuždymui, išreiškiamos

lygtimis:

(5)

Čia

–

tamprumo modulis; y

– takumo riba; K

–

stiprėjimo koeficientas; n

–

sukietinimo rodiklis (eksponentė); Naudojant Vikerso indentorių,

nustatyta, kad metalų y

0.08 iR santykis tarp Vikerso kietumo HV

ir tekėjimo įlempių y

yra lygus 3.

Šiuolaikiniais

kietumo matavimo aparatais (nepriklausomai nuo matavimo būdo)

atlikti matavimus, gauti duomenis ir juos apdoroti galima daug

greičiau ir tiksliau. Savo konstrukcija ir veikimo principu jie

mažai kuo skiriasi nuo anksčiau paminėtų, tik kad

bandymai ir duomenų apdorojimas kontroliuojami kompiuterio.

Šiuolaikinių

kompiuterizuotų, galinčių veikti automatinu režimu,

kietmačių bei gautų rezultatų grafikai ir

pateikiami šio darbo prieduose. Taip pat prieduose pateikiamos

įvairiais metodais gauto kietumo reikšmių palyginimo

lentelės.

Savikontrolės

klausimai ruošiantis ginti darbą

Kokios yra

mechaninės medžiagų savybės?