MATERIALE sI TEHNOLOGII PRIMARE 1.

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 3.

DURITATEA MATERIALELOR METALICE

1. PRINCIPIUL LUCRĂRII

Duritatea reprezinta capacitatea unui corp de a se opune tendintei de distrugere a straturilor superficiale de catre un alt corp, care actioneaza asupra sa cu presiuni localizate pe arii foarte reduse si care nu capata deformatii permanente.

Duritatea unui corp se apreciaza prin valoarea unor caracteristici conventionale, obtinute în urma unor încercari nedistructive. Avantajele acestor încercari sunt: se pot executa direct asupra pieselor finite, aparatele au o productivitate ridicata, sunt amplasate direct în atelier si nu necesita un personal de înalta calificare.

Clasificarea metodelor de încercare la duritate se face considerând drept criteriu modul în care are loc actiunea de distrugere a straturilor superficiale. Din acest punct de vedere, metodele de încercare sunt:

- cu aplicare statica a sarcinii (prin zgâriere, prin imprimare, prin pendulare, prin rulare);

- cu aplicare dinamica a sarcinii, care la rândul lor, pot fi: dinamico-elastice si dinamico-plastice.

Cele mai raspândite metode sunt cele cu aplicare statica a sarcinii, prin imprimarea unui penetrator, având o anumita forma, pe suprafata piesei de încercat. Duritatea se exprima printr-o cifra dependenta de marimea amprentei (urma remanenta lasata de penetrator pe suprafata piesei).

  A. Încercarea de duritate Brinell

Metoda Brinell, standardizata prin STAS 165, consta în imprimarea un timp dat, cu o forta F a unei bile de otel calit sau din carbura de wolfram, cu diametrul prescris D, perpendicular pe suprafata piesei de încercat si masurarea diametrului d, al amprentei (vezi figura 3

Duritatea Brinell se exprima ca o marime conventionala, prin valoarea numerica data de formula:

(1)

în care F este forta aplicata asupra penetratorului, în N

  Determinarea prin aceasta metoda a duritatii unui material metalic prezinta urmatoarele particularitati:

pentru ca cifrele de duritate sa fie reproductibile, parametrii încercarii trebuie alesi astfel încât sa se asigure similitudinea geometrica (a = constant, ceea ce va conduce la urmatoarea conditie 0,24D < d < 0,60D) si pastrarea constanta a raportului k = F/D², numit grad de solicitare;

timpul de mentinere al fortei trebuie sa fie suficient pentru epuizarea curgerii materialului si obtinerea unei amprente cu dimensiuni constante (cu scaderea duritatii, timpul de mentinere creste);

grosimea minima a probelor supuse încercarii trebuie sa fie a_min = 8h, pentru a se evita influenta suportului piesei;

în vederea evitarii influentelor reciproce între zonele ecruisate din jurul urmelor si ale marginilor piesei, se recomanda ca distanta dintre centrele a doua amprente sa fie b_min = 4D, iar distanta de la marginea piesei pâna în centrul primei amprente, sa fie c_mim = 3D.

Simbolizarea duritatii Brinell se face indicând diametrul bilei, D, în mm, sarcina F, în kgf si timpul de mentinere în secunde, în cazul în care acestea difera de conditiile normale de încercare care sunt: D = 10 mm, F = 3000 kgf, T = 15 secunde (de exemplu duritatea perlitei obisnuite este de 200 HB).

Cunoscând cifra duritatii se poate aprecia valoarea rezistentei la rupere, în daN/mm², a materialului cu relatii de forma: = q HB, unde q = 0,35 pentru otel carbon si slab aliat sau   R_m = (HB - 40)/6 pentru fonte cenusii.

B. Încercarea de duritate Vickers

Metoda Vickers, standardizata prin STAS 492, consta în imprimarea un timp dat cu o forta F, a unui penetrator de forma unei piramide patratice drepte, din diamant, perpendicular pe suprafata de încercat si masurarea diagonalei, d, a urmei remanente (vezi figura 3.2 a).

Duritatea Vickers se exprima ca o marime conventionala, prin valoarea numerica data de formula:

(2)

Figura 3.2. Schema încercarii de duritate dupa metoda Vickers;

stabilirea geometriei penetratorului.

Geometria penetratorului, piramida patratica dreapta cu unghiul diedru a doua fete laterale opuse de 136⁰, s-a obtinut pornind de la încercarea de duritate Brinell, executata astfel încât sa se obtina d = 0,372 D (vezi figura 3.2 b). Aceasta geometrie face ca amprentele sa fie întotdeauna asemenea, rezultând ca cifra de duritate obtinuta nu depinde de sarcina. Adâncimea de patrundere a penetratorului h = 1/7 d, face ca metoda sa poata fi utilizata la determinarea duritatii straturilor subtiri si a constituentilor metalografici, putându-se folosi sarcini foarte mici. Din punct de vedere al marimii sarcinii, metodele de încercare Vickers se clasifica în:

- încercare Vickers: F = 5; 10; 20; 30; 50; 100 kgf;

- încercare Vickers cu sarcini mici : F = 0,5; 1; 2; 3; 4 kgf;

- microduritate Vickers: F = 0,005; 0,010; 0,020; 0,050; 0,100; 0,200 kgf.

Simbolizarea duritatii se face indicând forta de încercat si timpul de mentinere în cazul în care acestea sunt diferite de cele normale, care au valorile F = 30 kgf, t = 15 secunde (de exemplu, duritatea ledeburitei este de aproximativ 700 HV₅).

C. Încercarea de duritate Rockwell

Metoda Rockwell consta în imprimarea unui penetrator (con de diamant sau bila din otel) cu o sarcina initiala F₀ si apoi cu o suprasarcina F₁ si masurarea adâncimii urmei remanente de patrundere, e, dupa îndepartarea suprasarcinii, mentinându-se aplicata sarcina initiala (vezi figura 3.3).

Duritatea Rockwell se exprima, ca o marime conventionala, prin diferenta dintre o adâncime convenabil aleasa E si adâncimea patrunderii remanente, e:

HRC = E - e

Figura 3.3 Schema încercarii de duritate dupa metoda Rockwell

2. CONŢINUTUL sI SCOPUL LUCRĂRII

Lucrarea va cuprinde:

- studierea principiilor teoretice si deprinderea modului de lucru cu aparatele de masurare a duritatii prin metodele Brinell, Vickers si Rockwell;

- masurarea duritatii unor piese prin metodele indicate, calcularea valorilor duritatii folosind relatiile de calcul expuse si compararea lor cu valorile citite direct în STAS;

- rezolvarea unor probleme practice privind alegerea parametrilor de lucru (penetrator, sarcina, timp de mentinere) la masurarea duritatii unor piese la care se cunosc unele date sumare privind calitatea materialului, tratamentele termice la care a fost supus, modul de prelucrare etc.;

- stabilirea unor corelatii între duritate si alte caracteristici ale materialului (duritate - rezistenta la rupere);

- compararea duritatii obtinute prin cele trei metode pentru un material dat.

Scopul lucrarii este îmbogatirea cunostintelor teoretice ale studentilor si familiarizarea cu elementele de lucru practic necesare pentru efectuarea corecta si rapida a încercarilor de duritate.

3. CONŢINUTUL REFERATULUI

Referatul întocmit va cuprinde principiile de lucru si concluziile în urma parcurgerii tuturor etapelor prezentate în lucrare.

Datele rezultate în urma efectuarii determinarilor prin cele trei metode se vor trece într-un tabel de forma celui de mai jos.

Valoarea medie: .......HB_D/F/t

Rezistenta la rupere: R_m = q HB = ........daN/mm²

Duritate echivalenta: .......HV

(STAS R883-82) .......HRB (HRC)