Zkoušky rázem

Zkoušky rázem

      Slouží k zjištění, kolik práce nebo energie se spotřebuje na porušení zkušební tyče. Zkouší se nejčastěji jedním rázem, kdy na porušení zkušební tyčky se použije najednou dostatečného množství energie. Méně často zkoušíme několika rázy, kdy se energie po sobě jdoucích rázů sčítá. Rázem lze zkoušet pevnost v tahu, tlaku, ohybu nebo krutu.

      Zkouška rázem v ohybu je ze všech zkoušek nejpoužívanější a je velmi dobrým ukazatelem houževnatosti nebo křehkosti materiálů. Nejběžnější je zkouška vrubové houževnatosti (ČSN 42 0381) na Charpyho kyvadlovém kladivu (obr. 16). Těžké kladivo, otočné kolem osy, se zdvihne a upevní v počáteční poloze. V nejnižší poloze kladiva se umístí ve stojanu kyvadlového kladiva zkušební tyč ze zkoušeného materiálu. Po uvolnění z počáteční polohy se kladivo pohybuje po kruhové dráze, narazí na zkušební tyč, přerazí ji a vykývne do konečné polohy. Tato poloha je nižší než poloha počáteční, protože na přeražení zkušební tyče se spotřebovala určitá práce. Této práci říkáme spotřebovaná nárazová práce A_R [J] a vypočítáme ji ze vztahu

A_R=G(h₁-h₂).

      Podíl spotřebované nárazové práce A_R a původního nejmenšího průřezu v místě vrubu S₀ nazýváme vrubová houževnatost R:

.

Lomová houževnatost

Podle tvaru zkušebního vzorku se pro zkoušení lomové houževnatosti používá zatížení trojbodovým ohybem nebo excentrickým tahem, majícím kvazistatický charakter.

Metody měření tvrdosti

     Všechny důležité podmínky zkoušky, (zkušební zařízení, tvar zkušebního tělesa, postup zkoušení, čas zatížení, teplota) jsou jednoznačně určeny normou= srovnatelnost výsledků.

Pro kovy jsou jedny z nejdůležitějších. Tvrdost= odpor proti vnikání cizího tělesa

Rozdělování:1. Statické zkoušky a)vrypové b)vnikací(staticko-plastické)

                      2. Dynamické zkoušky a) vnikací(dynamicko plastické)

                                                            b)rázové(dynamicko elastické)

1. STATICKÉ ZKOUŠKY

Zkoušky vrypové- Mohsova stupnice tvrdosti-mastek, sůl, vápenec, kazivec, apatit, živec, křemen, topas, korund, diamant (měkká ocel-5, tvrdá ocel-8,5, SK-9,8)

Zkoušky vnikací (staticko plastické):

Brinellova zkouška (ČSN EN 10003-1)

-Vtlačujeme kalenou ocelovou kuličku (tvrdost HB=630, HV10=850). Max. tvrdost měřeného materiálu HB=400, pro kuličku z tvrdokovu až HB=650

Tvrdost je definována: HB=F/S (MPa)

Měříme d (2xkolmo na sebe), HB určíme z tabulek (F,D,d) jež jsou součástí normy nebo vypočítáme:

Podmínky zkoušky:

1. Průměry kuliček: 10, 5, 2.5, 1.25, 1, 0.625

2. Velikost zatížení (9,8N-29,4kN):

F=30D² *9,81-ocel, litina

F=10D² *9,81-Cu, Al, mosaz

F=5D² *9,81-měkká Cu

F=2,5D² *9,81-Pb a slitiny

Zatížení musí nastat bez rázů a má být takové, aby vtisk d=(0,2-0,6)D

4. Doba předzatížení: 2-8s

3. Doba zatížení:

10s….Fe slitiny (HB>140)

30s….Fe (HB<140, barevné kovy HB>40)

60s….barevné kovy HB<40

180s…Pb a jiné

Tloušťka zkušebního tělesa: 8*h, h=hloubka vtisku, v normě stanoveny vzdálenosti středů jednotlivých vtisků od sebe i od kraje zkušebního tělesa.

závislost Rm-HB:  Rm=3,6HB…ocel, Rm=2HB…ŠL

Výsledná informace má zápis: 150 HBS 2,5/187.5/10

Kde: 2,5=Ækuličky(mm), 187.5=velikost zatížení (187,5*9,81N), 10= doba zatížení(s), 150= číslo tvrdosti, kde: S-kulička z oceli, W-kulička z tvrdokovu(SK)

Nevýhody: vysoké zatížení, velký vtisk, zdlouhavé měření

Výhody: jednoduché zařízení, HB…Rm

Pro měření tvrdosti tuhých polymerních systémů byla modifikována: = zvětšeny průměry měřících kuliček a snížena síla při jejich vtlačování.

Schéma zařízení pro zkoušku tvrdosti podle Brinella

Vickersova zkouška (ČSN EN ISO 6507-1)

-Vtlačujeme diamantový 4boký jehlan s vrcholovým úhlem 136°.

Tvrdost je definována: HV=F/S (MPa)

Měří se úhlopříčka vtisku u. Tvrdost HV určíme z tabulek (F,u) nebo vypočítáme:

Plocha vtisku se stanoví ze vzorce:

Podmínky zkoušky:

1) používané zatížení: 9,81*(1,3,5,10,30,60….)N

liší se podle použité metody HV5-100....F=49-981 N, HV0,2-5...F=2-49N a pro HV0,2....F≤2N

2) doba zatížení-viz. Brinell

Tloušťka tělesa: 1,5*u, u=Æná hodnota úhlopříčky vtisku

Výsledná informace má zápis: 680 HV 10/20 kde: 10= zatížení(9,81*10 N), 20= doba zatížení (s), 680=tvrdost

Výhody: objektivní, přesné, malá zatížení, malé vtisky, lze měřit i tenké vrstvy, lze použít různých zatížení, aniž se změní hodnoty tvrdosti.

Nevýhody: zdlouhavé, náročné na zrak

3typy zkoušek podle Vickerse, podle rozsahu zkuš. zařízení:

-ČSN EN ISO 6507-1: HV 5-100

-ČSN EN ISO 6507-2: HV 0,2-5

-ČSN EN ISO 6507-3: HV méně než 0,2-zkouška mikrotvrdosti

zkouška mikrotvrdosti:

-k proměřování struktury polymerních technických dílců, u nichž lze zkoušet jednotlivé strukturní fáze, např. amorfní fázi nebo tvrdost sférolitů.

-Zatížení je úměrně menší (g), úhlopříčka hranolu (mm)  a celé zařízení je zamontováno v mikroskopu-  umožňuje změřit s dostatečnou přesností rozměr úhlopříčky vtisku.

-měření lze provést i u tenkých nánosů

-nejpoužívanějším je mikrotvrdoměr Hanemannův. Vnikací tělísko – Vickersův jehlan, je součástí objektivu = na bázi optického mikroskopu.

-       pracují v rozsahu zatížení 4,3 · 10^-3 N (0,5 p) ÷ 1,96 N (200 p),

-       označení HM

Schéma Hanemannova mikrotvrdoměru: 1 – Vickersova pyramida, 2 – nosič objektivu,  3 – závěsné membránové pružiny, 4 – optický hranol, 5 – stupnice zatížení, 6 – kryt, 7 – výbrus.

 

Zkouška Rockwellova (ČSN EN 10109-1)

-Vtlačujeme diamantový kužel s vrcholovým úhlem 120° nebo (pro měkké materiály) kuličku o Æd= 1,59mm nebo 3,175mm.

Měřítkem tvrdosti je hloubka vtisku na úchylkoměru. Používají se 3 základní případy měření:

HRC-tvrdost určena diamantovým kuželem, zatížení 1500N (100+1400)

HRB-tvrdost určena kuličkou, zatížení 1000N (100+900)

HRA-tvrdost určena kuželem, zatížení 600N (100+500)

Předzatížením 10*9,81 se vymezí nepravidelnosti povrchu-hodnota a- měřící zařízení se nastaví do počáteční polohy

Tlušťka tělesa=10*h pro kužel, 5*h pro kuličku, h-hloubka vtisku

doba zatížení: při F= 4+-2 s

-při zkouškách na válcových a kulových površích musí být použity opravné součinitele uvedené v normě

-v normě stanoveny vzdálenosti středů jednotlivých vtisků od sebe i od kraje zkušebního tělesa

Odečítání tvrdosti: většinou přímo na měřícím zařízení

Výsledná informace má zápis: 59 HRC

Výhody: rychlá obsluha

Nevýhody: nejednotná stupnice pro tvrdé a měkké materiály

pozn.: e=h

Používané přístroje:

Ve většině případů je potřebné zatížení dosaženo použitím pákového převodu.

Přístroje měřící HB a HV jsou obvykle vybaveny matnicí, pro měření HR mají číselníkový úchylkoměr cejchovaný v HRC a HRB.

 

Tvrdost Shore (měření tvrdosti plastů a pryží)(ISO 868, 2783, ČSN 621432)

- přístroje typu A (F=12,5N) a D (F=50N).

- založeny na zatěžování pomocí pružin, které je nutné před měřením cejchovat.

- Shore D (tvrdé plasty)- v případech, kdy tvrdost daného materiálu překračuje 85 jednotek stupnice Shore A (pryže).

Tvrdost je nepřímo úměrná vniku ocelového hrotu do zkoušeného materiálu a závisí na modulu pružnosti a viskoelastickém stavu vulkanizátu (u pryže). Vyjadřuje se v jednotkách Shore D či Shore A.

Místo měření: 12 mm od okraje a od sebe 5 mm.

Tloušťka tělesa: nejméně 6 mm.

Doba zatížení: 15±1 sekunda, výsledná hodnota je aritm.Æ 5 naměřených hodnot.

Tvar čidla tvrdoměru Shore A                        

Tvar čidla tvrdoměru Shore D

2. DYNAMICKÉ ZKOUŠKY

Zkoušky vnikací (Dynamicko plastické): Poldi kladívko

 

Je to nejjednodušší tvrdoměr vůbec.

Měří porovnávací metodou . Pevnost porovnávací tyčky Rm=700MPa.

Úderem kladiva na Poldi kladívko dojde k vtlačení kuličky Æ10mm do zkušebního tělesa i do etalonu.

H_X =F/ S_X , H_Y =F/S_Y

H_X S_X = H_Y S_Y => H_X =H_Y S_Y/ S_X

Prakticky měříme 2x Æ vtisku na porovnávací tyčce i na měřeném materiálu. Tvrdost (z těchto hodnot) vyhledáme v tabulce příslušné. Není-li pevnost porovnávací tyčky 700MPa , nutno výsledek násobit koeficientem k.

k= skutečná Rm/700 MPa

Zápis zkoušky: 217 HB Poldi

Baumanovo kladívko

Mobilní tvrdoměrné zařízení

Měří Brinelovou metodou, kuličkou Æ10mm.

Ráz vytvoří cejchovaná pružina-síla je vždy stejná-není nutný etalon

HB vyhledáno z tab. dle Æ vtisku

Zápis zkoušky: 217 HB Baumann

Zkoušky rázové (Dynamicko elastické): Shore skleroskop

Tvrdost posuzujeme podle výšky odrazu tělíska-zkouška založena na elastické deformaci-není vidět vtisk

Stupnice 140 dílků (ocel HSh=100)

Zápis zkoušky: 100 HSh

Duroskop

Měří odrazovou metodou svislé plochy.

Zkouška je založena na elastické deformaci=žádná stopa.

Měří se úhel odskoku zkušebního tělesa b, měřítko odskoku přímo v jednotkách tvrdosti.

Zápis zkoušky: 100 HSh