Műszerezett keménységmérés alkalmazhatósága a gyakorlatban

Műszerezett keménységmérés alkalmazhatósága a gyakorlatban Rózsahegyi Péter laboratóriumvezető Tel: (46) 560-137 Mob: (30) 370-0029

Műszaki Kockázatmenedzsment Osztály

Mechanikai Anyagvizsgáló Laboratórium

Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közalapítvány Logisztikai és Gyártástechnikai Intézet

BAY-LOGI

Tartalom

¾Műszerezett keménységmérő ¾Meghatározható anyagtulajdonságok ¾Berendezés kalibrálása ¾Összehasonlító vizsgálatok és eredményei ¾Összefoglalás


BAY-LOGI

Műszerezett keménységmérő Típus: Romolus WorkStation + Alexandra I. műszerezett keménységmérő Gyártó: Quad Group • Benyomódási mélység tartomány: 600 μm • Benyomódás felbontása: 0,156 μm • Benyomódás mérés pontossága: <1% • Maximális terhelés: 220 N • Erőmérés felbontása: 0,06 N • Erőmérés pontossága: <1% • Terhelési sebesség: 1 N/sec • Behatolótest típus: Vickers, Rockwell C • Maximális próbatest vastagság: 2,54 cm


BAY-LOGI

Műszerezett keménységmérő Meghatározható anyagi paraméterek

• Rugalmassági modulus (E) • Keménység (HV, HRC) • Folyáshatár (közelített érték) • Keményedési kitevő (közelített érték) • Feszültség-nyúlás diagram (közelített érték)


BAY-LOGI

Műszerezett keménységmérő A Romolus Workstation további vizsgáló moduljai • Hajlító vizsgálat modul • Szakító vizsgálat modul • Csavaró vizsgálat modul • Tépő vizsgálat modul • Nyíróvizsgálat modul • Bevonati réteg tapadás vizsgáló modul


BAY-LOGI

Műszerezett keménységmérés (Vickers) As(h)=26,43 . h2 Ap(h)=24,50 . h2 F Martens keménység A s (h) 1 1 HM = 2 = 2 2 m ⋅ A s (h)/h m ⋅ 26,43

HM =

HIT =

Fmax A p (hc )

Lenyomat keménység

hc = hmax - ε .(hmax - hr),

(ε = 0,75)

Vickers keménység:

Fmax HV = A s (hp ) As(hp)=26,43 . hp2


BAY-LOGI

Műszerezett keménységmérés (Vickers) hr meghatározás: - Lineáris extrapoláció

hr =

F = ah+b

Fmax − b a

- Power Law Módszer F = K(h - hp)m C = mK(hmax- hp)m-1 F = Chmax+ hr

meredekség (hmax)

hr = F – Chmax

Rugalmassági modulus meghatározása: 1 −ν s2 EIT = 1 1 −ν i2 − Er Ei

Er =

π 2 ⋅ C ⋅ Ap (hc )

lenyomodás rug. modulus

νs – próbatest poisson tényezője νi – behatolótest poisson tényezője (0,07) Ei – behatolótest rug. Modulusza (1,14.106) Ap(hc) = 24,50hc2


BAY-LOGI

Mérést befolyásoló tényezők ¾ Felületi érdesség h≥20Ra (Ramax = 4 μm /alumínium/, 2,2 μm /acél/, 0,8 μm /keményfém/) – 100 N-os terhelésnél ¾ Párhuzamosított felületek (max. 1°-os eltérés) ¾ Alátámasztás tisztasága (tiszta, pormentes felület) ¾ Erő és benyomódás értékekre kerülő elektromos zaj (szünetmentes táp alkalmazása vagy digitális szűrés) ¾ Próbatest inhomogenitása, szemcseméret (növelheti a szórást) ¾ F – h görbe kiinduló pontjának meghatározása (jelentősen befolyásolja a mérési eredményeket) ¾ Vizsgálati hőmérséklet stabilitás ¾ Próbatest vastagság (min. 10hmax vagy 3dmax)


BAY-LOGI

F- h görbe kiinduló pontjának meghatározása Rosszul megválasztott kiindulási pont jelentősen befolyásolja a keménység és rugalmassági modulus értékeket! ¾Erőnövekedésre indul az F – h görbe rögzítése - A kezdeti bizonytalanságok és az elektromos zaj miatt növeli a szórást ¾0 pont meghatározás közelítő görbével (Fmax 5-10%-a között) - Kiküszöböli a kezdeti bizonytalanságokat - Egységesen F=0,1 N → h0 meghatározható

F=

1 (h − b)2 m

m,b – konstans


BAY-LOGI

Digitális szűrés


BAY-LOGI

Berendezés kalibrálása ¾ Erő mérés kalibrálása (gyári kalibrálás) ¾ Útmérés kalibrálás és gép merevség meghatározás (közvetett módon)

Keménység meghatározás F HV = max A s (hp )

Rugalmassági mod. meghatározás Er =

π 2 ⋅ C ⋅ A p (hc )

1 −ν s2 EIT = 1 1 −ν i2 − Er Ei

Kalibrálás Vickers etalonnal (HV10=317, E=210000 MPa)


BAY-LOGI

Berendezés kalibrálása Kalibrálás menete:

I. hI = k . h II. hII = hI – F . c k: konstans F: terhelő erő C: gép merevsége

k = 1,09 c = 0,028 μm/N


BAY-LOGI

Berendezés kalibrálása Mérési eredmények:

Alexandra (eredeti)

Alexandra (kalibrált)

Mérési pont

Mérőmikroszkóp HV10

HV10

E (MPa)

HV10

E (MPa)

1

313

338

89 114

318

212 041

2

321

365

80 239

329

208 440

3

326

364

87 286

328

200 199

4

317

339

89 976

308

222 363

5

322

360

92 936

330

220 095

Átlag:

320

353

87 910

323

212 627

Szórás:

4,9

13,4

4 748

9,6

8 984


BAY-LOGI

Összehasonlító vizsgálatok (szakítóvizsgálat) Vizsgálati körülmények:

Meghatározott paraméterek:

Vizsgáló berendezés: INSTRON 8803

Rugalmassági modulus (E)

Vizsgálati mód: útvezérlés

Szakító szilárdság (Rm)

Vizsgálati sebesség: 3 mm/perc

Egyezményes folyáshatárt (Rp0.2)

Extensométer jeltáv: 10 mm Tárolt paraméterek: erő(F), alakváltozás (ΔL) Vizsgált anyagminőségek: acél, alumínium, réz, titán

R′ =

F (1 + ε) S0

ϕ = ln

L L0

R′ = Kϕ n


BAY-LOGI

Összehasonlító vizsgálatok (műszerezett keménységmérés) Vizsgálati paraméterek: Vezérlési mód: erővezérlés Terhelési sebesség: 1N/sec Maximális terhelés: 100 N


BAY-LOGI

Vizsgálati eredmények összehasonlítása Rm= 612 MPa

Acél

Rp0.2 = 408 MPa

Mérési pont

Mérőmikroszkóp

Szakítóvizsgálat

HV10

E (MPa)

HV10

E (MPa)

1

190,5

207 160

199

212 574

2

175,1

210 070

179

202 787

3

177,3

210 600

168

215 759

4

173,6

-

169

181 618

5

193,5

-

178

230 754

182,0

209 277

179

208 699

9,3

1 852

12,4

18 163

Átlag: Szórás:

Alexandra


BAY-LOGI


Titán

Rp0.2 = 328 MPa

Mérési pont

Mérőmikroszkóp

Szakítóvizsgálat

HV10

E (MPa)

HV10

E (MPa)

1

191

113 130

166

104 300

2

169

99 485

172

104 338

3

147

105 620

165

121 729

4

179

-

189

130 416

5

184

-

186

115 768

Átlag:

174

106 078

179

115 310

Szórás:

17,3

6 834

12,4

11 305

Alexandra


BAY-LOGI


Alumínium

Rp0.2 = 243 MPa

Mérési pont

Mérőmikroszkóp

Szakítóvizsgálat

HV10

E (MPa)

HV10

E (MPa)

1

64

77 971

60

76 335

2

69

73 434

68

89 910

3

70

-

67

90 633

4

70

-

69

88 708

5

67

-

63

93 046

Átlag:

68

75 703

65

87 726

Szórás:

2,4

3 208

3,8

6 562

Alexandra


BAY-LOGI


Réz

Rp0.2 = 507 MPa

Mérési pont

Mérőmikroszkóp

Szakítóvizsgálat

HV10

E (MPa)

HV10

E (MPa)

1

217

121 500

205

116 928

2

206

115 170

182

95 395

3

216

118 190

203

84 103

4

211

-

158

102 161

5

214

-

165

97 055

Átlag:

213

118 287

182

99 128

Szórás:

4,5

3 166

21,7

11 938

Alexandra


BAY-LOGI

Összefoglalás A vásárolt műszerezett keménységmérő eddigi használata és kalibrálása során szerzett tapasztalatok alapján a következő megállapítások tehetők: ¾A műszer a makro terheléstartományba sorolható (szabvány szerint: 2 N ≤ F ≤ 30 kN) – Makrotulajdonságok mérésére használható. ¾Sok a vizsgálati eredményt befolyásoló tényező, ezért körültekintő vizsgálat előkészítést igényel (zajmentesség, próbatest polírozás, párhuzamosítás, pormentesség, biztosítani kell a légmentes felfekvést, stb.) ¾A vizsgálatok azt mutatták, hogy acél alapanyagok keménységének és rugalmassági modulusának megállapítására alkalmas, de több mérés szükséges a magas szórás miatt. ¾Titán, réz és alumínium vizsgálatánál ismerni kell a lenyomat alakját, torzulását, annak függvényében lehet következtetni a keménységre és a rugalmassági modulusra. További vizsgálatok szükségesek ezen a területen. ¾A benyomódási görbéből különböző módszerekkel meghatározható még a folyáshatár és a valódi feszültség - valódi nyúlás diagram. A műszerezett keménységmérésnek ez az egyik legfontosabb előnye. Az így meghatározott anyagjellemzők összehasonlítását a hagyományos módszerekhez meghatározott anyagjellemzőkhöz, különböző anyagokra a közeljövőben tervezzük.


BAY-LOGI

Hivatkozások • MSZ EN ISO 14577-1:2003 – Metallic Materials – Instrumented indentation test for hardness and materials parameters – Part 1: Test method • Marta Mata Burgeroas: Continuum analysis of sharp indentation experiments in metallic materials: theory and finite element simulation. December 2004 • Eduard Kimmari and Lembit Kommel: Application of the continuous indentation test method for the characterisation of mechanical properties of B4C/Al composits • Varga Ferenc, Tóth László, Guy Pluvinage: Anyagok károsodása és vizsgálata különböző üzemi körülmények között. Keménységmérés. Miskolc, 1999 • Nurot Panich, Sun Yong: Improved Method to Determine the Hardness and Elastic Moduli using Nano Indentation. KMITL Sci. J. Vol. 5 No. 2 Jan-Jun 2005


BAY-LOGI

Műszerezett keménységmérés alkalmazhatósága a gyakorlatban

Recommend Documents