Metode de Determinare a Durității

Titlul lucrării: Determinarea caracteristicilor mecanice de rezistenţă (metode de determinare a durităţii). Rezilienta

Scopul lucrării: Pentru a studia comportamentul dinamic al materialelor metalice

1. Teoria lucrarii

1.1. Principii, definitii si formule de calcul;

Metoda Rockwell de determinare a durităţii se aplică pentru următoarele materiale: oţeluri în stare călită, metale dure, oţeluri de scule, bronzuri, alame speciale etc. Nu se recomandă aplicarea acestei metode la determinarea durităţii aliajelor cu structură neomogenă sau a materialelor fragile.

Încercarea de duritate Rockwell se execută în condiţiile atmosferei ambiante, iar valoarea acesteia se exprimă prin adâncimea de pătrundere a unui penetrator conic de diamant sau a unui penetrator sferic de oţel (de forme şi dimensiuni standardizate) în piesa de încercat.

Notarea durităţii Rockwell se face astfel:

-

HRC – când penetratorul este con de diamant (fig. 2.1, a);

-

HRB – când penetratorul este bilă de oţel (fig. 2.1, b);

Fig. 2.1. Schema încercării de duritate Rockwell

a – penetrator con de diamant;

b – penetrator bilă de oţel călit.

Încercarea de duritate Rockwell constă în apăsarea unui penetrator (con de diamant sau bilă de oţel) sub o sarcină iniţială F0 şi apoi sub o suprasarcină F1 şi măsurarea adâncimii de pătrundere e, după îndepărtarea suprasarcinii, menţinându-se sarcina aplicată iniţial.

Duritatea Rockwell se calculează pe baza adâncimii de pătrundere e. Cu cât un corp este mai dur, cu atât deformaţiile plastice sunt mai mici în raport cu cele elastice, deci adâncimea remanentă de pătrundere e a penetratorului este o mărime invers proporţională cu duritatea materialului încercat.

Duritatea Rockwell reprezintă diferenţa dintre o adâncime convenţională E şi adâncimea pătrunderii remanente e a penetratorului sub o suprasarcină F1. Adâncimea se măsoară faţă de poziţia penetratorului sub sarcina iniţială F0.

HR = E - e; (2.1)

unde: E este o constantă (o mărime convenţională);

e – adâncimea remanentă de pătrundere.

Încercarea se execută prin apăsarea penetratorului în material în trei faze (fig. 2.1).

- în prima fază piesa de încercat se aduce în contact cu penetratorul, apăsându-se asupra piesei cu o sarcină iniţială F0 (poz. 1).

- asupra penetratorului se aplică suprasarcina F1, penetratorul pătrunzând adânc în piesă, deformând plastic şi elastic materialul (poz. 2).

- se îndepărtează suprasarcina F1 şi penetratorul se ridică până într-o poziţie corespunzătoare deformaţiilor plastice din material (poz. 3).

Diferenţa dintre adâncimea de pătrundere este chiar adâncimea de pătrundere remanentă e.

Aparatură, epruvete

Aparatul folosit pentru încercarea de duritate Rockwell este de tip "Balanţa" Sibiu şi schema de funcţionare a acestuia este prezentată în figura 2.2

Ciclul de încărcare a aparatului este automatizat şi sarcinile de încercare sunt de 100 şi de 130 daN, corespunzător încercării Rockwell B sau C.

Timpul de menţinere a sarcinii se reglează automat.

Simbolizarea se face cu iniţialele HR, adăugându-se iniţialele penetratorului utilizat pentru încercare (HRC - încercare Rockwell C - con de diamant); (HRB - încercare Rockwell B - bilă de oţel călit).

Aparatul de duritate Rockwell, tip "Balanţa" Sibiu

Epruvetele, sau piesele de încercat trebuie să aibă o suprafaţă netedă, lipsită de rizuri, defecte sau porţiuni axiale. Suprafaţa trebuie să fie plană, corespunzătoare unui diametru de cel puţin 6 mm. Se consideră ca fiind plane şi suprafeţele cu o rază de curbură mai mare de 25 mm. Grosimea piesei de încercat trebuie să fie de cel puţin 8⋅e.

După încercare nu se admite ca suprafaţa piesei opusă suprafeţei de încercat să prezinte deformaţii datorită încercării. La prelucrarea suprafeţei de încercat trebuie să se evite ecruisarea sau încălzirea până la o temperatură ce ar putea provoca transformări structurale.

Rezilienta

Incercarile la incovoiere prin soc a materialelor se aplica pentru determinarea tenacitatii materialului, notata prescurtat KV (in cazul folosirii epruvetelor cu crestatura in V) sau a rezilientei, notata prescurtata KCU (in cazul folosirii epruvetelor cu crestatura in U).

De asemenea, in afara de aceste doua proprietati, dupa ruperea materialului se determina contractia transversala specifica (ce reflecta plasticitatea materialului) si caracterul ruperii (care poate fi ductil sau fragil).

Incercarea consta in ruperea unei epruvete prismatice, prevazuta cu o crestatura in zona de mijloc, prin lovirea ei cu un ciocan (ciocan Charpy) in partea opusa crestaturii. Schema de principiu a incercarii este prezentata in figura numarul 1.

Epruvete folosite

Pentru realizarea incercarilor la incovoiere prin soc sunt folosite epruvete standardizate:

- epruvete cu crestatura in "U" (vezi figura nr. 2-a)

- epruvete cu crestatura in "V" (vezi figura nr. 2-b)

Figura nr. 2 - a) Epruveta crestata in "U" b) Epruveta cu crestatura in "V"

Echipamente folosite

Pentru realizarea practica a incercarilor de incovoiere prin soc se folosesc utilaje dotate cu ciocan-pendul, denumite pe scurt ciocane. In cadrul simularii incercarii este reprezentat un ciocan-pendul Charpy alcatuit dintr-o placa de baza, un suport pe care este fixat ciocanul-pedul, un cadran, un ac indicator si un suport pentru asezarea epruvetei.

Marimile cautate se calculeza conform relatiilor urmatoare:

S0 = b * ac = b(1-h) [cm2]

We = energia electrica consumata la ruperea probei

Mod de lucru.

Tipul epruvetei folosite se alege in functie de proprietate principala ce se vrea determinata astfel:

Proprietatea principala Tipul de epruveta folosit

Tenacitatea KV [J] cu crestatura in "V"

Rezilienta KCU [J/cm2] cu crestatura in "U"

Echipamentul de masurare se etaloneaza folosind etaloane speciale. Valoarea citita nu trebuie sa se abata mai mult de 2% fata de valoarea marcata pe etalon.

Practic incercarea se desfasoara astfel:

- se aseaza epruveta pe reazemele aparatului, astfel incat sa fie lovita cat mai exact in sptele crestaturii;

- se ridica ciocanul eliberandu-se spatiul de actiune al acestuia;

- se pozitioneaza acul indicator la valoarea maxima de pe cadra;

- se declanseaza caderea;

- dupa ruperea epruvetei ciocanul se opreste cu ajutorul franei;

- se analizeaza epruvetele;

Marimile cautate se calculeza conform relatiilor urmatoare:

S0 = b * ac = b(1-h) [cm2]

Caracterul ruperii epruvetei poate fi ductil sau fragil, aprecierea caracterului ruperii facandu-se dupa aspectul macroscopic al acesteia: sectiunea de rupere fragila are aspect cristalin, grauntos si lucios, sectiunea de rupere ductila (tenace) avand aspect fibros, mat.