MAŠINSKI FAKULTET

1. MAŠINSKI FAKULTET UNIVERZITET U ZENICI POSTUPAK MJERENJA TVRDOĆE Gačić Emrah T-207/10

2. Uvod Tvrdoćaje sposobnost materijala da se odupre dejstvu spoljne sile koja je posljedica kontakta sa nekim drugim mekšim ili tvrđim predmetom. Tvrdoća se možemjeritipoMosovojskaliilidrugimrazličitimskalama. Skalekoje se najčesćekoriste u inženjerskesvrhesuRokvelova, Vikersova, i Brinelovai mogu se međusobnoporeditiprekokonverzionihtabela. Tabela1. Mosovaskalatvrdoće

3. Uvod Tvrdoćase možeodreditistatičkim, dinamičkim i specijalnimmetodama. Kodstatičkihmetodasilaispitivanjakojadelujenautiskivačpostepenoraste do maksimalnevrijednosti. Koddinamičkihispitivanjasilanautiskivaču se ostvarujeudarom, ili se tvrdoćaodređujenaosnovuelastičnogodskokautiskivača od površinekoja se ispituje. Statičkemetode: • Brinel (Brinell) metoda HBS, HBW • Vikers (Vickers) metoda, HV • Rokvel (Rockwell) metoda, HRC • Knup (Knoop) metoda, HK Dinamičkemetode: • Poldi (Poldy) metoda, HP • Skleroskopskametoda (poŠoru(Shore)),HSh • Duroskopskametoda, HD

4. Statičke metode • Brinel(Brinell) metoda HBS, HBW Pod pojmomtvrdoćepoBrineluusvaja se količniksile, kojadelujenaodgovarajućiutiskivač u oblikučeličnekuglice i površinekaloteotiskakojutajutiskivačostavljanapovršinipredmeta.

5. Brinel metoda • Prema tome, tvrdoćapoBrinelu je: gdeje: A, mm2 - površinaotiskakalote F, N - silautiskivanja IspitivanjetvrdoćepometodiBrinel se izvodi do tvrdoće HB= 450 (čeličnakuglica - HBS), a kada se primjenjujuutiskivači od tvrdihmetala i do HB= 650 ZamjerenjetvrdoćepoBrineluutiskivač je čeličnakuglicaprečnika 10, 5 i 2.5 mm Priizboruprečnikakuglice, zavisno od debljinematerijala, preporučuje se Materijalkuglice je okaljeničeliktvrdoće 850 HV.

6. Brinel metoda Vrijemeutiskivanja t1- vrijemeporastaopterećenja do maksimalnevrijednosti (min 2 s, max 8 s), t2- vrijemetrajanjadejstvapunogopterećenja. Ovovrijeme se unosi u oznakupriobilježavanjutvrdoće i zavisi od vrstematerijalai t3- vrijemerasterećenja.

7. Brinel metoda Usloviispitivanja Primjerenjutvrdoćeovommetodompotrebno je da buduzadovoljenisljedećiuslovi: • Debljinauzorkamorabitinajmanje 8 odnosno 10 putaveća od dubineotiska(a>8 h = 8 F/D ttHBS, mm); • Na poleđiniuzorkanasuprototiskaposlijemjerenja se ne smijuvidjetinikakvitragovideformacije; • Odstojanje od sredineotiska do iviceuzorka, nakome se mjeritvrdoća, kao i odstojanjeizmeđudvasusjednacentraotiskazavisi od vrsteispitivanogmaterijala; • Otisak, kojiostavljautiskivač, mora da budetakav da obezbjedištotačnijamjerenja, odnosnomora da se ispuniuslov d = (0.24 - 0.6) D, tj. da centralniugaobudeoko 60°; • Ugaoizmeđuoseutiskivača i površineuzorkamorabiti 90°, štoznači da pravacdejstvasilemorabitiuvijekupravannapovršinuuzorka, što se ostvarujeobradompovršine i izborompostolja. Uzorakmorabitistabilan i čist.

8. Brinel metoda Tokradapriispitivanju • Bira se utiskivač u zavisnosti od debljinematerijala; • Utiskivač se pričvršćuje u nosačaparata; • Uključi se lampa i osvjetlipovršinauzorka; • Uzorak se postavljanapostolje i pritežeuznosačutiskivača; • Slikapovršineuzorkamorajasno da se projektujenaekranu; • Aktivira se aparat (pritiskomna taster) i započinjeutiskivanje; • Poslijepredviđenogvremenautiskivanjapoluga se spušta i izvodirasterećenje; • Izvodi se mjerenjeotiska. Mjerenjeprečnikaotiska Zamjerenjeotiskamogu se koristitirazličitamjernasredstva: pomoćulenjira (tačnost 1/100 i 1/50 mm), pomoćulupesamikroskopom (tačnost 1/100 mm), ali se u našimuslovimaprečnikotiskanajtačnijemjeripomoćuprojekcionogekrana i odgovarajućegoptičkogsistema i mehanizma (tačnostmerenja 1/1000 mm). • Shematskiprikazi: pravilnog ’’a’’ i nepravilnogotiska: (b - prevelikasilautiskivanja, c - otisakvrlotvrdihmaterijala)

9. Brinel metoda Principmjerenjapomoćulenjira i shemamerenjapomoćulupe Aparatzaispitivanjetvrdoće

10. Vikers(Vickers) metoda HV TvrdoćapoVikersu se definišekaokoličniksilekojom se delujenadijamantskiutiskivač u oblikupravilnečetverostranepiramidesauglomprivrhu od 136° i površineotiskautiskivačanapovršinipredmetakoji se mjeri. gdeje: F - silautiskivanja u N, A - površinaotiska u oblikučetvorostranepiramidesakvadratnomosnovom u mm2 d – dijagonalaotiska u mm. Zavisnood veličinesileutiskivanjametodemjerenjatvrdoćepoVikersumogubiti: • Silautiskivanjaiznosi od 49 do 980 N: HV5, HVio, HV20 , HV30 , HV50 i HV100 ; • Silautiskivanjaiznosi od 1.96 do 49 N: HV0.2 , HV0.3 , HV0.5 , HVi, HV2 i HV3 ; • Mjerenjemikrotvrdoće (silautiskivanjamanja od 1.96 N): HV0.15 , HV0.1 , HV0.05 , HV0.025 .

11. Vikers metoda

12. Vikers metoda MjerenjetvrdoćepoVikersuomogućavamjerenjetvrdoćesvihmetalnihmaterijala, bezograničenja u pogleduveličinetvrdoće, od najmekših do najtvrđihmaterijala. Utiskivač je izrađen od dijamanta u oblikupravilnečetvorostranepiramidesauglomprivrhu 136°±0.5°. VeličinasileutiskivanjaprimjerenjutvrdoćepoVikersuzavisi od vrste i debljinematerijala, kao i od veličinetvrdoćekoja se očekuje. Potrebnovrijemeutiskivanjautiskivača u površinuuzorkamaterijalamora da obezbediravnomjerniprirastsile do odabranevrijednosti. Ovovrijemenanošenjasileiznosi 10-15 s. Primjerenjupoovojmetodineophodno je ispunjavanjesljedećihuslova: • Debljinauzorkamorabitiveća 1.5 puta od dijagonaleotiska; • Odstojanjecentraotiska od iviceuzorka, ili do konturebilokogdrugogotiska, ne smijebitimanja od dijagonaleotiska; • Utiskivačmorabitiupravannapovršinuuzorka; Temperaturaispitivanja je sobna, odnosno u granicama 10 do 35 °C, a kada je u kontrolisanimuslovirna 23±5°C.

13. Vikers metoda

14. Rokvel (Rockwell) metoda HRC Tokmjerenja se sastoji u sljedećem: • Odabira se odgovarajućiutiskivač (čeličnakuglicailidijamantskakupa); • Odabira se silaglavnogopterećenja (Fi u zavisnosti od tipaskale); • Uzorak se postavljanapostolje i zavojnimvretenomdovodi u kontaktsautiskivačem; • Okretanjemzavojnogvretenamora se mala kazaljkadovesti u položajrepernecrte, a velikakazaljkananulučime je nanijetopredopterećenje F0; • Izvodi se oslobađanjepolugečime se aktivirananošenjeglavnogopterećenja Fi; • Po istekupotrebnogvremenavećakazaljka se zaustavi i tada se izvodirasterećenjeutiskivača od glavnogopterećenja Ft; • Veličinatvrdoćedirektno se očitavanaodgovarajućojskaliaparata; • Pozavršenomispitivanjuuzorak se oslobadjautiskivačaspuštanjemzavojnogvretena. Kao utiskivač se korističeličnakuglicaprečnika: D=1/16", 1/8", 1/4" i 1/2" ilidijamantskakupasauglomkonusa od 120° sazaobljenjemprivrhu r = 0.2 mm. UtiskivanjepoRokvelu

15. Rokvel metoda Kodovemetodepostupakmjerenjatvrdoćeodvija se u tri faze: • PrvafazautiskivanjaotklanjauticajpovršinskihneravninaprimjenomodgovarajućegpredopterećenjaFo, kojedovodi do prodiranjautiskivačanadubinu h1. • Drugafaza u kojoj se utiskivačutiskujenadubinu h2. Tada nastajuelastične he i plastičnehpdeformacije, usljeddejstvaglavnogopterećenja F1, (dodatognapredopterećenjeFo). • Trećafaza je rasterećenje, tj. otklanjanjeglavnogopterećenja F1 i elastičnihdeformacija u uzorkunastalih u drugojfazi. PostupakmjerenjatvrdoćepoRokvelu

16. Rokvel metoda Proces usjecanja Dubinaotiska je: gdeje: h3-h1, mm – dubinautiskivanja i 0.002, mm – jednaRokvelovajedinica

17. Rokvel metoda TvrdoćapoRokvelmetodiodređena je pomoćuizraza: • Zaskalu B: • Zaskalu C: UređajizamjerenjetvrdoćepoRokvelu

18. Uporednatabelastatičkihmetoda

19. Dinamičkemetode Poldi (Poldy) metodaHP Ispitivanjetvrdoćeovommetodomkoristi se u slučajevimakada se ne možeizvestimjerenjetvrdoćestatičkimmetodama (npr. zbognedostatkaaparata, djelavelikihdimenzija, kada je nekorisnorazaranjeuzorka i sl.). Mjerenjetvrdoće je zasnovanonaudarnomdejstvuutiskivača i omogućujeizračunavanjetvrdoćesličnotvrdoćipoBrinel-metodi. Odnosno, Poldimetoda je u principumodifikovanaBrinelmetoda. Aparatzaispitivanjetvrdoće "Poldijevčekić" jednovremenoutiskujeutiskivač u površinuispitivanogdjela i etalon (šipku) poznatetvrdoće. Kao utiskivačkoristu se čeličnakuglicaprečnika D=10 mm.

20. Poldi metoda Mjerenjemprečnikaotiska, pomoćuIupe, određuje se tvrdoćaispitivanogpredmetapomoćutabeladatihuzaparat. Karakteristike: • Prečnikutiskivača je uvijek D=10 mm; • Silakojom se delujenautiskivač je dinamičkogkaraktera (udarručnimčekićem); • Ostvareniprečniciotisakamora da leže u granicama d=2-4 mm; • Površinamjerenjamora da je čista i obrađenamašinskomobradom; • Osaudaramorabitiupravnanapovršinupredmeta; • Maksimalnatvrdoćamjernepovršinepredmetamorabitimanja od 450 HBS; • Tvrdoća etalon predmeta (čeličnešipke) morabitiravnomernapocijelompresjeku i određenapoBrinelmetodi, a štobližetvrdoćikojuočekujemo da imamjerenimaterijal.

21. Poldi metoda Tokradapriispitivanju • Poldijevčekić se pripremiza rad postavljanjem etalon-šipke u odgovarajućiotvor, pričemu etalon naleženautiskivačzahvaljujućipritiskuopruge; • Na pripremljenupovršinukoja se mjeripostavi se Poldijevčekićtako da njegovaosabudeupravnanapovršinu; • Odgovarajućimudaromručnimčekićemizvodi se utiskivanjekuglice u površinuetalona i materijala; • Dobijeniotiscinapovršinipredmeta i etalona se mjerepomoćulupesalinearnimmjerilom; • Akosuprečniciotiskaveći od 4 mm ilimanji od 2 mm ispitivanje se moraponoviti; • Na osnovupoznatogizrazailipomoćutabelaodređuje se tvrdoćapoPoldiju.

22. Skleroskopskametoda (poŠoru - Shore) HSh Principmjerenjatvrdoće, poovojmetodi, zasnovan je naelastičnomodskoku i navizuelnommjerenjuvisinenjegovogprvogodskoka. Aparatzaispitivanjetvrdoće Aparatse sastojiizjednestaklenecijevidužine 245 mm, podeljenena 130 podioka, u kojoj se nalazipokretniutiskivačmase 2.5 g sadijamantskimkupastimvrhom.

23. Skeleroskopska metoda Usloviispitivanja • Primenjujese primjerenjutvrdoćačelika i tvrdihlivovatvrdoće 225 do 940 HV; • Na istommjestuuzorkaizvodi se samojednomjerenje; • Vrijednosttvrdoćeuzorka je srednjavrijednostiznajmanje 5 pojedinačnihmjerenjavisinaprvihodskokautiskivača; • Temperaturapriispitivanjujesobna (izuzetno i do 10-35°C); • Masapostolja, nakoju se postavljauzorakmorabitinajmanje 2-5 kg. Tokradaprimerenju • Aparatzamjerenje- Šorovskleroskop, čvrsto se postavljanapovršinuuzorkailiradnogpredmeta, pričemu se kontrolaupravnostiprovjeravalibelom; • Podiže se utiskivač u najvišipoložaj; • Oslobađa se utiskivač da slobodnopada (pritiskomnadugme); • Pažljivo se pratiodskokutiskivača i registrujevisinaodskoka; • Na osnovusrednjevrednostielastičnogodskokautiskivačamože se tvrdoćapoŠorupreračunati u tvrdoćupoVikersu.

24. Duroskopskametoda HD Duroskop (sklerograf) je prost, lahkaparat, malihdimenzija i primenjuje se zabrzamjerenjatvrdoća, posebnovertikalnihpovršina. Usloviispitivanja • Primenjujese primjerenjutvrdoćamalih i komplikovanihdelova, kao i delova u završnojfazimašinskeobrade (zupčanici, radilice i dr.); • Mogu se ispitivatikakometalnitako i nemetalnimaterijali, keramika i sl. • Na istommjestuuzorkaizvodi se samojednomjerenje; • Vrijednosttvrdoćeuzorka je srednjavrijednostiznajmanje 5 pojedinačnihmjerenjavisinaprvihodskokautiskivača; • Temperaturapriispitivanju je sobna (izuzetno i 10-35°C).

25. Duroskopskametoda Tokradaprimjerenju • Klatnose postavlja (podiže) u gornjipoložajokretanjemodgovarajućenavrtkenazadnjojstraniaparata; • Aparat se prislanjauzvertikalnupovršinupredmeta; • Pomoćulibeleaparat se postavlja u horizontalnipoložaj; • Pritiskomna taster zaaktiviranjeoslobađa se maljsaklatnomkojipadanautiskivač (ne smijedoći do pomjeranjaaparata); • Na lučnojskali, koja je podjeljenana 70 podioka, očitava se brojduroskopskihjedinicanamjestuzaustavljanjakazaljke; • Prevođenjeduroskopskihjedinica u tvrdoćupoVikersu, izvodi se prekodijagrama

26. Ostale metode • KNOOP: utisnutidijamant u oblikupiramide u ravnisarombičnomosnovicom i fiksnimuglovimaizmeđumeđusobnosuprotnihravni je pritisnut u uzorak, i dužudijagonalukojaostajenapovršininakon test sile F naknadnoizmjeriti. • MARTENS: kontinualnoopažanjeusleddejstvasile F, do dubine h, omogućujeodređivanjetvrdoće. • IRHD (International Rubber Hardness Degree)