Projekt "Podpora
výuky v cizích jazycích na SPŠT"
Mechanické vlastnosti materiálů
STTN1
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR 1
Mechanické vlastnosti Materiály jsou při zpracování i při používání vystaveny různému namáhání, jako je tah, tlak, krut, střih a ohyb (obr. 1).
Obr. 1 základní druhy namáhání materiálu [1]
Mechanické vlastnosti : 1. pevnost, 2. tvrdost, 3. pružnost, 4. tvárnost apod.
Druhy zkoušek mechanických vlastností materiálů Z hlediska působení síly na zkušební těleso rozdělujeme mechanické zkoušky takto: 1. Statické zkoušky, při nichž zatížení zvětšujeme poměrně zvolna. Působí obvykle minuty, při dlouhodobých zkouškách dny až roky. 2. Dynamické zkoušky rázové a cyklické, při kterých působí síla nárazově po zlomek sekundy. Při cyklických zkouškách (tzv. zkoušky na únavu materiálu) se proměnné zatížení opakuje i mnoha cykly za sekundu až do mnoha miliónů jejich celkového počtu. 2
Mechanische Eigenschaften Die Materialien werden bei der Verarbeitung und bei der Verwendung verschiedener Anstrengung ausgesetzt, wie der Zug, der Druck, die Torsion, die Scherung und die Biegung (Bild 1).
Zug Scherung Druck
Torsion
Biegung
Bild 1. Die Hauptformen der Materialanstrengung [1]
Mechanische Eigenschaften: 1. die Festigkeit, 2. die Härte 3. die Elastizität 4. die Formbarkeit u.ä.
Die Formen der Prüfungen der mechanischen Materialeigenschaften Im Hinblick der Kraftwirkung auf den Prüfkörper teilen wir mechanische Prüfungen auf diese Weise: 1. Statische Prüfungen, bei denen wir die Belastung ziemlich langsam vergrößern. Hier wirken gewöhnlich Minuten, bei langfristigen Prüfungen wirken Tage bis Jahre. 2. Dynamische Prüfungen - Schlagprüfungen und zyklische Prüfungen, bei denen die Kraft schlagartig in dem Bruchteil einer Sekunde wirkt. Bei den zyklischen Prüfungen (sgn. Prüfungen für Materialermüdung) wird die veränderliche Belastung auch in mehreren Zyklen in einer Minute bis zur vielen Millionen ihrer Gesamtzahl wiederholt. 3
3. Zvláštní technické zkoušky, jejichž údaje je možno považovat za směrné, neboť výsledky zkoušek zde závisí na mnoha vedlejších činitelích. Z těchto zkoušek jsou nejdůležitější zkoušky tvrdosti. 4. Podle teplot, při kterých zkoušky provádíme, je dělíme na : zkoušky za normálních, vysokých nízkých teplot.
Mechanické vlastnosti-Zkoušky statické Podle způsobu působení zatěžující síly rozdělujeme tyto zkoušky na zkoušky: 1. pevnosti 2. v tahu, 3. tlaku, 4. ohybu, 5. krutu, 6. střihu.
Obr. 2 schéma univerzálního zkušebního stroje pro zkoušku tahem a ohybem [1]
4
3. Besondere technische Prüfungen, deren Angaben ist es möglich als richtmaßgebend anzusehen, denn die Prüfungsergebnisse hängen hier von vielen Nebenfaktoren. Von diesen Prüfungen sind die Prüfungen der Härte die wichtigsten. 4. Nach der Temperaturen, bei denen wir die Prüfungen durchführen. Wir teilen sie in: - Prüfungen unter normalen - hohen - niedrigen Temperaturen
Mechanische Eigenschaften: statische Prüfungen Nach der
Weise der Wirkung der Belastungskraft teilen wir diese Prüfungen in die
Prüfungen: 1. der Festigkeit 2. im Zug 3. im Druck 4. in der Biegung 5. in der Torsion 6. in der Scherung
das Probestück und die Mittel für die Prüfung in der
Bild 2. Schema der universalen Probemaschine für die Prüfung im Zug und in der Biegung [1]
5
Zkouška tahem (trhací) - ČSN 42 0310 -
je nejrozšířenější statickou zkouškou. Je nutná téměř u všech technických materiálů, protože jí získáme některé základní hodnoty potřebné pro výpočet konstrukčních prvků a volbu vhodného materiálu. Zkoušky tahem se zpravidla nedělají přímo na vyrobené součásti, ale na zkušebních tyčích, jejichž tvary a rozměry jsou normalizovány (obr. 3).
Zkušební tyče : Vlastní měřená délka l0 závisí na průřezu zkušební tyče: o u dlouhé tyče 10 d0 o u tyče krátké 5 d0 (d0=průměr zkušební tyče). Abychom mohli měřit prodloužení zkušební tyče po přetržení, vyznačíme na ní před zkouškou rysky ve vzdálenosti 10 mm.
Obr. 3. Tvary zkušebních tyčí pro zkoušku tahem [1] Trhací zkouškou zjišťujeme: pevnost v tahu, poměrné prodloužení, tažnost zúžení (kontrakci) zkoušeného materiálu.
6
Die Zugprüfung – ČSN 42 0310 -
sie ist die verbreiteteste statische Prüfung. Sie ist nötig fast bei allen technischen Materialien, weil wir durch sie einige Hauptangaben, die nötig für die Berechnung des Konstruktionselementes und die Wahl des geeigneten Materials sind, gewinnen. Die Zugprüfungen werden in der Regel nicht direkt an hergestellten Bestandteilen gemacht, aber sie werden an Probestangen, deren Formen und Maßen normalisiert sind (Bild 3), durchgeführt.
Die Probestangen: Die eigene gemessene Länge l0 hängt von dem Durchschnitt der Probestange ab: • bei der langen Stange 10 d0 • bei der kurzen Stange 5 d0 (d0 = Probestangedurchmesser). Um das Verlängern der Probestange bis zum Stangenbruch messen zu können, markieren wir an ihr vor der Probe Striche im Abstand von 10 mm.
Bild 3. Die Formen der Probestangen für die Zugprüfung [1]
Mit der Zugprüfung sichern wir: -
die Festigkeit im Zug
-
die Dehnung
-
die Dehnbarkeit
-
die Kontraktion des Probematerials 7
Při všech statických zkouškách vzniká v zatížené součásti napětí (je to míra vnitřních sil, které vznikají v materiálu působením sil vnějších). Rozeznáváme : napětí normálové σ napětí tečné τ. Podíl síly a skutečné plochy průřezu v kterémkoli stadiu zkoušky nazýváme skutečným napětím = smluvních napětí, protože neuvažujeme změnu průřezu tyče a zatížení vztahujeme na původní průřez S0. Pevnost v tahu (mez pevnosti v tahu) σPt je smluvní hodnota napětí daného podílem největší zatěžující síly F, kterou snese zkušební tyč, a původního průřezu tyče S0:
Byla-li původní délka zkušební tyče l0 a délka zjištěná po přetržení l, je celkové prodloužení (změna délky): l=l-l0 Poměrné prodloužení ε je dáno poměrem změny délky l k původní délce zkušební tyče l0 :
Tažnost δ je poměrné prodloužení vyjádřené v procentech původní délky:
.
Kontrakce (zúžení průřezu) ψ je dána poměrem zúžení průřezu tyče po přetržení (S0-S) k původnímu průřezu tyče S0. Vyjadřujeme ji v procentech:
8
Bei allen statischen Prüfungen entsteht in dem Belastungsbestandteil die Spannung (es ist das Maß der Innenkräfte, die im Material mit der Außenkraftwirkung entstehen). Wir unterscheiden: -
die Normalspannung σ
-
die Tangentialspannung τ.
Der Anteil der Kraft und der wirklichen Querschnittfläche in jedem Probestadium nennt man die wirkliche Spannung = die scheinbare Spannung, weil wir die Stangenquerschnittänderung nicht erwägen und die Belastung auf den Originalquerschnitt zurückführen S0. Die Zugfestigkeit σPt ist der Vertragswert der Spannung, der mit dem Anteil der größten Belastungskraft F, die die Probestange verträgt, gegeben ist, und des Originalquerschnittes der Stange S0:
Wenn die Originallänge der Probestange l0 und die nach Stangenbruch festgestellten Länge l war, ist die Gesamtverlängerung (Längenänderung): l=l-l0 Die Dehnung ε ist mit dem Verhältnis der Längenänderung ∆l zu der Originallänge der Probestange l0:
; Die Dehnbarkeit δ ist die in Prozenten der Originallänge ausgedruckte Dehnung:
Die
Kontraktion
(die
Querschnittsverengung)
ψ
ist
mit
dem
Verhältnis
der
Querschnittsverengung der Stange nach dem Stangenbruch (S0-S) zum Originalquerschnitt der Stange S0 gegeben. Wir drücken sie in Prozenten aus:
9
Pevnost v kluzu (mez kluzu v tahu) σKt je napětí, při němž se zkušební tyč počne výrazně prodlužovat, aniž by stoupala zatěžující síla, nebo při němž nastává prodlužování doprovázené poklesem zatěžující síly. Stanovíme ji ze vztahu
.
diagram smluvních napětí(obr.4), udávající závislost poměrného prodloužení ε na napětí σ (nebo změny délky l na zatěžující síle F). V pružnosti a pevnosti má význam jen diagram εσ.
Obr. 4. Pracovní diagram smluvních napětí zkoušky tahem a tlakem u měkké uhlíkové oceli [1] Hookův zákon Z diagramu vidíme, že zpočátku je prodloužení tyče přímo úměrné vzrůstajícímu zatížení, a to až do bodu U. Napětí σU, odpovídající bodu U, nazýváme mez úměrnosti a definujeme ji jako mezní napětí, při němž je prodloužení ještě přímo úměrné napětí (Hookův zákon).
Mez pružnosti V dalším průběhu zkoušky přestává být prodloužení přímo úměrné zatížení. Až po bod E je protažení pružné, tj. po odlehčení nabývá tyč původních rozměrů. Napětí σE odpovídající bodu E je mez pružnosti a definujeme ji jako mezní napětí, které po odtížení (úplném odlehčení) nevyvolává trvalé deformace.
10
Die Festigkeit im Fliesen (die Grenze des Fliesens im Zug) σKt ist die Spannung, bei der die Probestange markant beginnen wird zu verlängern, ohne dass der Belastungskraft steigt, oder bei der die mit der Abnahme der Belastungskraft begleitete Verlängerung ersteht. Wir legen sie im Verhältnis fest:
Das Diagramm der scheinbaren Spannung (Bild 4) gibt die Abhängigkeit der Dehnung ε von der Spannung σ (oder die Änderung der Länge ∆l von der Belastungskraft F) an. In der Elastizität und in der Festigkeit ist nur das Diagramm ε-σ von Bedeutung.
Bild 4. Das Arbeitsdiagramm der scheinbaren Spannung der Zugprobe und Druckprobe bei dem weichen Hartstahl [1]
Das Elastizitätsgesetz Aus dem Diagramm sehen wir, dass die Stangenverlängerung anfangs direkt proportional zur ansteigenden Spannung ist, und zwar bis zum Punkt U. Die Spannung σU, entsprechend dem Punkt U, nennt man die Proportionalitätsgrenze und man definiert sie als die Grenzspannung, bei deren die Verlängerung noch direkt proportional zur Spannung ist (das Elastizitätsgesetz).
Die Elastizitätsgrenze Im weiteren Verlauf der Prüfung hört die Verlängerung direkt proportional zur Belastung auf zu sein. Bis zum Punkt E ist die Dehnung elastisch, dh. nach der Entlastung gewinnt die Stange die Originalmaßen. Die dem Punkt E entsprechende Spannung σE
ist die
Elastizitätsgrenze und man definiert sie als die Grenzspannung, die nach der Entlastung (der totalen Entlastung) keine bleibende Deformierung ausruft.
11
Mez kluzu v tahu Zvětšujeme-li zatížení dále, nastává přetváření plastické (trvalé) a tyč po odlehčení již nenabude původní délky. Napětí σKt odpovídající bodu K označujeme jako mez kluzu v tahu a definujeme je jako nejmenší napětí, při němž nastávají podstatné deformace, které někdy dočasně pokračují, aniž se zároveň zvyšuje napětí. V technické praxi se za mez pružnosti bere napětí způsobující první trvalou deformaci.
Mez pevnosti v tahu čili pevnost v tahu Bodu P na vrcholu křivky odpovídá největší napětí σPt (mez pevnosti v tahu čili pevnost v tahu). Při napětí odpovídajícím bodu S se tyčka přetrhne (skutečné napětí při přetržení je menší než pevnost v tahu).
Tvar pracovního diagramu se mění podle druhu materiálu. Na obrázku 5 jsou uvedeny pracovní diagramy pro některé konstrukční materiály.
Obr. 5. Příklady pracovních diagramů různých kovů a slitin [1]
12
Die Fließgrenze Wenn wir die Belastung weiter vergrößern, ersteht die plastische (bleibende) Formänderung und die Stange gewinnt nach der Entlastung nicht mehr die Originallänge. Die dem Punkt K entsprechende Spannung σKt nennt man als die Fließgrenze und man definiert sie als die kleinste Spannung, bei der die wesentlichen Deformierungen, die manchmal temporär fortsetzen, ohne dass die Spannung gleichzeitig erhöht wird, entstehen. In der technischen Praxis wird als Elastizitätsgrenze die Spannung genommen, die die erste bleibende Deformierung verursacht.
Die Zugfestigkeitsgrenze oder die Zugfestigkeit
Dem Punkt P auf dem Top der Kurve entspricht der größten Spannung σPt
(die
Zugfestigkeitsgrenze oder Zugfestigkeit). Bei der dem Punkt S entsprechenden Spannung wird die Stange zerrissen (die wirkliche Spannung bei der Zerreißung ist kleiner als die Zugfestigkeit).
Die Arbeitsdiagrammform wird nach der Materialart verändert. Auf dem Bild 5 sind Arbeitsdiagramme für einige Konstruktionsmaterialien angegeben.
Bild 5. Die Beispiele der Arbeitsdiagramme von verschiedenen Metallen und Legierungen [1]
13
Zkouška tlakem je používána méně často (např. u ložiskových kovů, litiny, vrstvených tvrzených hmot, keramických látek, stavebních hmot apod.). U ocelí nebývá tato zkouška nutná, neboť hodnoty meze úměrnosti a meze kluzu v tahu i tlaku jsou přibližně stejné.
Zkušební tělesa Zkušební tělesa mívají obvykle tvar válečku: ød=10 až 30 mm. Výška válečku h se při: 1. hrubých zkouškách rovná průměru d, 2. přesných měřeních volíme výšku h=(2.5 až 3)d.
Fáze zkoušky: I.
křivka napětí strmá, materiál odolává tlaku a tvoří se tzv. tlakové kužele.
II.
hmota tělesa lehce klouže po kuželových plochách do stran, což se jeví v tlakovém diagramu menším vzrůstem napětí vzhledem k deformaci.
III.
odpor proti stlačování a křivka stlačení má opět strmý průběh. Této třetí fáze obvykle u tlakových zkoušek nedosahujeme. U křehkého materiálu nastává rozdrcení (lom) bez plastické deformace.
Obr. 6. Pracovní diagram zkoušky tlakem měkké uhlíkové oceli [1]
14
Die Druckprüfung -
sie wird weniger oft benutzt (z.B. bei Lagermetallen, dem Gusseisen, geschichteten gehärten Stoffen, keramischen Stoffen, Baustoffen u.ä.). Bei den Stahlen ist diese Prüfung normalerweise nicht nötig., denn die Werte der Proportionalitätsgrenze und die Fließgrenze im Zug und im Druck sind ungefähr gleich.
Die Probestücke Die Probestücke haben normalerweise die Zylinderform: -
ød= 10 bis 30 mm
-
die Zylinderhöhe h: 1. gleicht bei groben Prüfungen dem Durchmesser d 2. bei genauen Messungen wählen wir die Höhe h=(2.5 bis 3)d.
Die Prüfungsphasen: I. Die Spannungskurve ist steil, das Material hält dem Duck stand und es werden sgn. Druckkegel gebildet. II. Die Stoffmasse des Körpers rutscht leicht an den Kegelflächen in die Seiten, was in dem Druckdiagramm durch kleineren Spannungsanstieg in Bezug auf die Deformierung erscheint. III. Der Verdichtungswiderstand und die Verdichtungskurve hat wieder den steilen Verlauf. Diese dritte Phase reicht man bei den Druckprüfungen gewöhnlich nicht. Bei dem Kurzspanendem Material ersteht Zertrümmerung (Brechung) ohne plastische Deformierung.
Bild 6. Das Arbeitsdiagramm der Druckprüfung bei dem weichen Kohlenstoffreichen Stahl
[1]
15
Stejně jako u trhací zkoušky můžeme i u zkoušky tlakové sestrojit diagram εd-σd (obr. 5) a stanovit: •
pevnost v tlaku (mez pevnosti v tlaku) σPd,
•
prosté zkrácení (stlačeni) ld,
•
poměrné zkrácení (stlačení) εd,
•
poměrné zkrácení (stlačení) v procentech δd,
•
příčné rozšíření ψd.
Rozměry i definice těchto hodnot jsou stejné jako pro zkoušku tahem. Mez pevnosti v tlaku se uvádí jen pro křehké materiály, neboť u měkkých a tvárných kovů nelze určit okamžik porušení. Smluvní mez kluzu v tlaku σ0.2 určujeme obdobným způsobem jako u tahové zkoušky.
Zkouška ohybem (ČSN 42 0361). Tuto zkoušku používáme u materiálů křehkých, hlavně u litých materiálů, např. šedé litiny Obvyklé uspořádání zkoušky je na obr. 7 (při postupně rostoucím zatížení odměřujeme průhyb tyče y až do okamžiku, kdy se tyč přelomí nebo se trvale prohne).
Pevnost v ohybu (mez pevnosti v ohybu) σPo je napětí, při němž se tyč přelomí. Průhyb při lomu yp je absolutní prohnutí při lomu zkušební tyče namáhané na ohyb, měřené uprostřed podpěr ve směru působící síly. Z výsledků zkoušky určíme i poměrný průhyb φ v procentech
.
Obr. 7. Zkouška ohybem [1]
16
Gleich wie bei der Zerreißprüfung kann man auch bei der Druckprüfung das Diagramm εd-σd (Bild 4) konstruieren und feststellen: -
die Druckfestigkeit (Druckfestigkeitsgrenze) σPd,
-
die Reine Verkürzung (Verdichtung) ∆ld,
-
die Relative Verkürzung (Verdichtung) εd,
-
die Relative Verkürzung (Verdichtung) in Prozenten δd,
-
die Querverbreitung ψd.
Die Maßen und Definitionen dieser Werte
sind gleich wie bei der Zugprüfung. Die
Druckfestigkeitsgrenze wird nur für kurzspanendes Material angegeben, denn bei weichen und formbaren Metallen ist es nicht möglich den Ausfallzeitpunkt zu bestimmen. Die übliche Fließgrenze im Druck σ0,2 bestimmt man in der ähnlichen Weise wie bei der Zugprüfung. Die Biegeprüfung (ČSN 42 0361) Diese Prüfung benutzt man bei kurzspanenden Materialien, vor allem bei Gussmaterialien, z.B. bei dem Grauguss. Die gewöhnliche Anordnung der Prüfung ist auf dem Bild 7 (bei der stufenweise steigenden Belastung messen wir die Stangendurchbiegung y bis zum Zeitpunkt, wann die Stange zerbrochen wird oder bleibend verbogen wird). Die Biegefestigkeit (die Biegefestigkeitsgrenze) σPo -
ist die Spannung, bei der die Stange gebrochen wird. Die Bruchdurchbiegung yp ist die absolute Bruchdurchbiegung der Probestange, die biegungsbeansprucht ist und die in der Stützenmitte in der Richtung der einwirkenden Kraft gemessen wird. Aus den Prüfungsergebnissen bestimmen wir auch die relative Durchbiegung ψ in Prozenten.
Bild 7. Die Biegeprüfung [1]
17
Zkoušky tvrdosti Tvrdost definujeme jako odpor, který klade materiál proti vnikání cizího tělesa. Pro tvrdost používáme značku H. Zkoušky tvrdosti rozdělujeme na zkoušky: 1. vrypové, 2. vnikací 3. odrazové.
Zkouška vnikací je nejpoužívanější zkouškou při zjišťování tvrdosti materiálů. Při této zkoušce zatlačujeme do zkušebního materiálu velmi tvrdé těleso (kuličku, kužel, jehlan) a měřítkem tvrdosti je velikost vzniklého vtisku (jeho plocha, hloubka nebo uhlopříčka, obr.8.) Nejznámější jsou zkoušky tvrdosti podle: Brinella, (neželezných kovů (Cu, Sn, Pb, Al a jejich slitiny) ) Rockwella (tvrdé a kalené materiály) Vickerse. (odstraňuje nevýhody obou předcházejících zkoušek a je nejpoužívanější).
Obr. 8. Zkoušky tvrdosti [1]
18
Die Härteprüfung Die Härte wird als der Widerstand, den das Material gegen das Eindringen eines anderen Körpers legt, definiert. Für die Härte benutzt man die Marke H. Die Härteprüfungen teilt man in: 1. Ritzhärteprüfungen 2. Eindringhärteprüfungen 3. Rückspannungshärteprüfungen
Die Eindringhärteprüfung -
ist die meistbenutzte Prüfung bei der Feststellung der Materialhärte. Bei dieser Prüfung drückt man einen sehr harten Körper (eine Kugel, einen Kegel, eine Pyramide)
in das Prüfmaterial hinein und das Härtemaß ist die Größe des
entstandenen Eindrucks (seine Fläche, Tiefe oder Diagonale, Bild 8.) Die bekanntesten sind die Härteprüfungen laut: -
Brinell (die Buntmetalle (Cu, Sn, Pb, Al und ihre Liegerungen) ),
-
Rockwell (Hartmateriale und Härtegute),
-
Vickers (er beseitigt Nachteile beider vorlaufenden Prüfungen und die Prüfung ist die meistbenutzte). Die Vorbelastung Die Probebelastung Die Leichtbebelastung
Härteprüfungen laut Rockwell-HRC
Härteprüfungen laut Brinell - HB
Härteprüfungen laut Rockwell-HRB
Härteprüfungen laut Vickers - HV
Bild 8. Die Härteprüfungen [1]
19
Tvrdost podle Brinella (ČSN 42 0371) zjišťujeme vtlačováním ocelové kalené kuličky o průměru D=10; 5; 2,5; 2 a 1 mm rovnoměrně stupňovanou silou F (F=300 D2; 100 D2; 50 D2 a 25 D2 N) po dobu t (t=10; 30; 120; 180 s) do lesklé rovné plochy zkušebního vzorku nebo zkoušené součásti.
Označení tvrdosti se skládá ze značky tvrdosti HB a k ní připojených údajů podmínek zkoušky, tj. průměru kuličky D, síly F a doby zatížení t. Tyto údaje jsou od sebe odděleny šikmou zlomkovou čarou (např. HB 5/7500/30 = 320). Pro nejběžnější podmínky, tj. HB 10/30000/10, používáme jen označení HB (např. HB=210).
Nevýhody : vtisk bývá někdy nezřetelný a nesouměrný deformace použité vtlačované kuličky (je z kalené oceli).
Obr. 9. Ruční tvrdoměr Poldi [1]
20
Die Härte laut Brinell (ČSN 42 0371) stellen wir mit der Einpressung einer Stahlhärtekugel mit dem Durchmesser D=10; 2,5; 2 und 1 mm mit der gleichmäßig gesteigerten Kraft F (F=300 D2; 100 D2; 50 D2 und 25 D2 N) während der Zeit t (t=10; 30; 120; 180 s) in die glänzende ebene Fläche des Probestücks oder des Probebestandteiles fest.
Die Bezeichnung der Härte besteht aus der Härtemarke HB und aus zu ihr angefügten Angaben der Probebedingungen, dh. dem Durchmesser der Kugel D, der Kraft F und der Zeit der Belastung t. Diese Angaben sind mit dem Schrägstrich voneinander getrennt (z.B. HB 5/7500/30 = 320). Für die üblichsten Bedingungen, dh. HB 10/30000/10, nutzen wir nur die Bezeichnung HB (z.B. HB=210).
Die Nachteile: -
der Eindruck ist manchmal undeutlich und unsymmetrisch
-
die Deformierung der benutzten Einpresskugel (sie ist aus dem Härtestahl).
Bild 9. Der Handhärteprüfer Poldi [1]
21
Zkouška podle Brinella je důležitá hlavně proto, že mezi tvrdostí HB a pevnosti v tahu σPt platí u kovových materiálů empiricky zjištěná přímá závislost daná vztahem:
σPt (0,31 až 0,41)HB. Pro uhlíkové oceli platí σPt 0,36HB. Tvrdost podle Rockwella (ČSN 42 0373) zjišťujeme na Rockwellově tvrdoměru jako rozdíl hloubky vtisku ocelové kuličky nebo diamantového kužele mezi dvěma stupni zatížení (předběžného a celkového, obr. 13). Účelem předběžného zatížení je vyloučit z měřené hloubky nepřesnosti povrchových ploch.
U nás jsou normalizovány tři zkoušky tvrdosti podle Rockwe lla. Tvrdost zjištěnou při těchto zkouškách označujeme: HRA, HRB, HRC.
HRA je tvrdost určená diamantovým kuželem při celkovém zatížení 600 N (pro křehké materiály a tenké povrchové vrstvy),
HRB je tvrdost určená ocelovou kuličkou při celkovém zatížení 1000 N (pro měkčí kovy),
HRC je tvrdost určená diamantovým kuželem při celkovém zatížení 1500 N (doporučuje se používat pro rozsah HRC=20 až 67).
Tvrdost podle Vickerse (ČSN 42 0374) se zkouší na Vickersově tvrdoměru. Do materiálu vtlačujeme diamantový jehlan se čtvercovou základnou a okulárem mikroskopu nebo projekcí zjišťujeme střední délku u obou úhlopříček (obr. 13). Zkušební zatěžující síla bývá od 10 do 1000 N. Doba zatížení se volí od 10 do 180 s.
22
Die Prüfung laut Brinell ist wichtig vor allem deswegen, dass zwischen der Härte HB und der Festigkeit im Zug σPt bei Metallmaterialien empirisch festgelegte gerade mit der Beziehung gegebene Abhängigkeit gilt: σPt
(0,31 bis 4,41)HB
Für den Hartstahl gilt σPt 0,36HB. Die Härte laut Rockwell (ČSN 42 0373) legen wir an dem Rockwell-Härteprüfer als die Differenz der Eindruckstiefe der Stahlkugel oder des Diamantkegels zwischen zwei Belastungsgraden (dem vorläufigen und dem gesamten, Bild 8). Der
Zweck
der
vorläufigen
Belastung
ist,
aus
der
messenden
Tiefe
die
Oberflächenungenauigkeiten auszuschließen.
Bei uns sind drei Härteprüfungen laut Rockwell normalisiert. Die bei diesen Prüfungen festgelegte Härte bezeichnen wir: -
HRA,
-
HRB,
-
HRC.
HRA ist die durch den Diamantkegel bei der gesamten Belastung 600 N (für
den
kurzspannenden Werkstoff und dünne Oberflächenschichten) festgelegte Härte.
HRB ist die durch die Stahlkugel bei der gesamten Belastung 1000 N (für weichere Metalle) festgelegte Härte.
HRC ist die durch den Diamantkegel bei der gesamten Belastung 1500 N (man empfehlt sie für den Umfang HRC=20 bis 67 zu benutzen) festgelegte Härte.
Die Härte laut Vickers (ČSN 42 0374) wird an dem Vickers-Härteprüfer geprüft. In das Material pressen wir die Diamantpyramide mit der Quadratgrundfläche hinein und mit dem Mikroskopokular oder mit der Projektion stellen wir
die mittlere Länge bei beiden
Diagonalen (Bild 8) fest. Die Prüfbelastungskraft ist normalerweise von 10 bis 1000 N. Die Belastungszeit wird von 10 bis 180 s gewählt.
23
Použité
zatížení
píšeme
do
označení,
např.
HV
100
(HV
100
=
215).
Pro běžně zkušební zatížení 300 N používáme označení HV (např. HV 250). Pro praktickou potřebu používáme tabulek, ve kterých podle délky úhlopříčky u a použité síly F najdeme přímo odpovídající tvrdost. Této metody můžeme použít pro všechny
tvrdosti.
Je
velmi
přesná
a
není
téměř
závislá
na
zatížení.
Metodami, které jsme uvedli, se zjišťuje tzv. makrotvrdost (vtisk má plochu velkou i několik mm2) ⇒ pro velmi tenké materiály nebo malé předměty (fólie, strukturní složky materiálů aj.) nelze těchto metod použít. Používáme k tomu mikrotvrdoměrů, nejčastěji s diamantovým jehlanem (Vickers) a malým zatížením (0.005 až 1 N). Mikrotvrdoměry jsou
buď
samostatné,
nebo
jsou
součástí
metalografického
mikroskopu.
Zkouška odrazem. Touto metodou zjišťujeme tvrdost z velikosti odskoku závaží spuštěného z určité výše od zkoušeného materiálu. Přístroj nazýváme Shoreův skleroskop a stanoví se jím tvrdost podle Shorea HSh. Tohoto způsobu zjišťování tvrdosti se používá velmi málo, většinou jen pro měření tvrdosti velkých výrobků, konstrukcí
apod.
Použitá literatura:
[1] Hluchý,M. a kol. : Strojírenská technologie 1, Nauka o materiálu, SNTL,Praha 1978
24
Die benutzte Belastung schreibt man in die Bezeichnung, z.B. HV 100 (HV 100 = 215). Für die übliche Prüfungsbelastung 300 N benutzt man die Bezeichnung HV (z.B. HV 250). Für die praktische Benutzung benutzen wir die Tabellen, in denen finden wir nach der Diagonallänge u und der benutzten Kraft F die direkt entsprechende Kraft. Diese Methode können wir für alle Härten nutzen. Sie ist genau und ist fast nicht von der Belastung abhängig.
Durch die Methoden, die wir angegeben haben, stellen wir die sgn. Makrohärte fest (der Eindruck hat die Fläche auch von mehreren Quadratmillimeter) ⇒ für sehr dünne Materialien oder kleine Gegenstände (Folien, Materialstrukturkomponente u.ä.) kann man diese Methoden nicht nutzen.
Man benutzt dafür Mikrohärteprüfer, meistens mit der Diamantpyramide
(Vickers) und mit der kleinen Belastung (0,005 bis 1 N). Die Mikrohärteprüfer sind entweder eigenständig, oder sie sind Bestandteile des Metallmikroskopes.
Die Rückprallprüfung. Mit dieser Methode stellen wir
die Härte aus der Größe des
Rückpralls des aus der festgelegten Höhe von dem Prüfmaterial abgelassenen Gewichtes fest. Das Gerät nennt man Shore-Härteprüfgerät und es wird mit ihm die Härte laut Shore HSh festgelegt. Diese Weise der Härtefeststellung wird nur wenig genutzt, meistens nur für die Messung der Härte von großen Produkten und Konstruktionen u.ä.
Die benutzte Literatur:
[1]
Hluchý,M. u. Kol. : Strojírenská technologie 1, Nauka o materiálu, SNTL,Praha 1978
25
