Kem

1
Keménység

• Az anyagok egyik legfontosabb tulajdonsága a
  keménységük. A fémek és ötvözetek keménységmérése
  nagyon elterjedt.
• A keménység alatt a fémnek azt az ellenállását
  értjük, amelyet a fém egy nála keményebb test
  behatolásával szemben kifejt.

2
Miért olyan elterjedt a keménységmérés?

• a mérés gyors, egyszeru
• a darabon " roncsolásmentesen " elvégezheto
• az eredményekbol kísérletileg meghatározott
  összefüggések alapján egyéb anyagjellemzokre is
  következtethetünk
• a technológiai folyamatba beillesztheto

3
A statikus mérések elve

• egy szabványos anyagú, alakú és méretu kemény
  testet (benyomó szerszám) meghatározott ideig
  ható terheléssel a mérendo anyag felületébe
  nyomunk, és vagy a terhelo ero és a lenyomat
  felületének hányadosával, (HB, HV) vagy a
  benyomódás mélységébol képezett számmal (HR)
  jellemezzük a keménységet. A terhelést lassan
  adjuk rá a benyomó szerszámra, ezért a
  módszereket statikus keménység méréseknek
  nevezzük.

4
Megjegyzés

• A különbözo, néha eltéro fizikai hatásokon
  alapuló eljárások méroszámai csak korlátozott
  módon, bizonyos megszorítások figyelembevételével
  hasonlíthatók össze.
• Alapvetoen megállapítható, hogy minden eljárásnak
  megvan a maga elsodleges és leggyakrabban
  használt területe.

5
Brinell keménységmérésMSZ EN ISO 6506-1(mérés)-2
(ellenorzés, kalibrálás)

• A mérés során D átméroju keményfém golyót F
  terhelo erovel belenyomunk a darabon legtöbbször
  köszörüléssel elokészített sík felületbe
  Ezáltal d átméroju, h mélységu gömbsüveg alakú
  lenyomat képzodik.

6
A Brinell keménység értelmezése

• Brinell keménységen az F terhelo ero és a
  lenyomat felületének hányadosát értjük.
• Jele HB.
• A gömbsüveg felülete D?h. Ezzel a keménység
  számértéke
• A keménység mértékegység nélküli szám!

7
Mi kell megválasztani és hogyan?

• A golyó
• A mérésnél használt golyó keményfém (wolfram
  karbid) (régebben edzett acél) átméroje D 10? 5?
  2,5? 2 és 1 mm
• méretét
• a mérendo anyag vastagságának, és
• a mérési körülményeknek ( keménységméro gép )
  megfeleloen választjuk meg.

8
Mi kell megválasztani és hogyan?

• A terhelo ero
• A mérendo anyag és a golyóátméro függvényében
  választhatjuk meg, úgy, hogy lenyomat d mérete
  0,25 és 0,6D közé essen.
• F 9,81.K .D2 ?N?.
• K a terhelési tényezo (a mérendo anyag
  keménységétol függ!

9
K terhelési tényezo
10
A mérés elvégzése

• A vizsgálandó felületet fémesre tisztítjuk
  (köszörülés)
• a lenyomatok a darab szélétol és egymástól
  legalább 2,5d - 3d távolságra legyenek.
• A terhelés megszüntetése után a lenyomat két
  egymásra meroleges átmérojét (d) mérjük a
  keménységméro gépre szerelt méroberendezés
  segítségével 0,001mm pontossággal.
• A két érték átlagának, és a terhelo eronek a
  függvényében a keménységet táblázatból keressük
  ki.

11
A mérés jegyzokönyvezése

• A HB keménység méroszáma kismértékben függ a
  terhelo erotol és a golyóátmérojétol !
• Ezért a mért érték mellett fel kell tüntetni a
  golyóátmérot, a terhelo erot és a terhelés
  idejét, ha az nem D10 mm F 3000 kp azaz 29430 N
  és 30 másodperc.
• Pl. 185HB2,5/187,5 A mérés D2,5mm golyóval,
  187,5 kp azaz 1840 N terheléssel történt, és a
  darab keménysége 185 HB

12
Alkalmazási területe, korlátok

• Elsosorban öntöttvasak, könnyu-és színesfémek,
  kisebb keménységu, lágyított normalizált acélok
  mérésére használják
• A Brinell keménységmérés acél golyó esetén 450
  HB-nél keményfém esetén 650 HB-nél keményebb
  anyagok mérésére nem alkalmas, mert a golyó
  esetleges deformációja a mérést meghamisítja.
• Nem alkalmas vékony lemezek mérésére, (túl nagy a
  benyomódás)

13
Összefüggés a HB és az Rm között

• Az összefüggés közelíto, célszeru a vasalapú
  ötvözetek keménységi értékek összehasonlítására
  szolgáló szabvány használata!(MSZ 15191-2)

14
Vickers keménységmérésMSZ EN ISO 6507-1(mérési
elv)-2 ellenorzés, kalibrálás

• A Vickers keménységmérés során 136 ? csúcsszögu
  négyzet alapú gyémánt gúlát nyomunk F terheléssel
  a próbadarab felületébe

15
Vickers keménység méroszáma

• A Vickers keménység a Brinellhez hasonlóan a
  terhelo ero és a lenyomat felületének hányadosa.
  A lenyomat felületének meghatározásához a
  terhelés megszüntetése után a négyzet alakú
  lenyomat átlóit (d) mérjük.

16
Mi kell megválasztani és hogyan?

• terhelés
• A terhelo ero 9,8 - 980 N azaz 1 - 100 kp között
  választható az anyagminoség és a vastagság
  függvényében.
• Megjegyzés A terhelés változtatásával a lenyomat
  felülete közel arányosan változik, ezért a
  Vickers keménység bizonyos határon belül a
  terhelo erotol független

17
A mérés elvégzése

• A vizsgálandó felületet fémesre tisztítjuk
  (köszörülés)
• a lenyomatok a darab szélétol és egymástól
  legalább 2,5d - 3d távolságra legyenek.
• A terhelés megszüntetése után a lenyomat két
  egymásra meroleges átlóját (d) mérjük a
  keménységméro gépre szerelt méroberendezés
  segítségével 0,001mm pontossággal. A két érték
  átlagának, és a terhelo eronek a függvényében a
  keménységet táblázatból keressük ki.

18
Kisterhelésu keménységmérés Vickers szerint

• Különféle felületi hokezelések után az edzett
  darabok felületi kérgében, vagy vékony lemezeken,
  bevonatokon stb.kis terheléssel (5 - 19,62 N azaz
  0,5-2 kp) is végezhetünk Vickers
  keménységmérést. A mért értéknél mindig fel kell
  tüntetni a terhelés nagyságát pl. 783 HV 1,0
• A darabot a méréshez csiszolással és polírozással
  kell elokészíteni.
• A lenyomatot 0,2 ?m pontossággal kell mérni.

19
Kisterhelésu keménységmérés Knoop szerint

• A gyémánt benyomó szerszám, élszöge egyik
  irányban 130 ?, a másik irányban 172?30'. A
  benyomódás felülnézetben rombusz. Ez a Knoop féle
  módszer. A terhelés 0,98- 49 N azaz 0,1- 5 kp
  között változhat. A keménységet a terhelo ero és
  a lenyomat felületének hányadosa adja.

20
Rockwell keménységmérés (MSZ EN ISO 6508-1
(mérési elv) -2 ellenorzés, kalibrálás)

• A mérés különbözik az eddig ismertetett HB és HV
  módszerektol, mivel a különbözo benyomó
  szerszámokkal létrehozott lenyomat mélységébol
  következtet a keménységre

21
A Rockwell keménységmérés elve
22
Rockwell keménységmérési eljárások

• HRA
• HRB,
• HRC
• A benyomó szerszám
• 1,59 mm (1/16 ") átméroju edzett acél golyó
  (HRB)
• 120 ? csúcsszögu gyémánt kúp ( HRA és HRC).

23
Rockwell eljárások(terhelés, alkalmazási terület)
24
Keménységméro gépek
25
A keménységméro gépek kalibrálása, hitelesítése

• A keménységméro gépek ellenorzésére ismert
  keménységu etalonokat használnak. A gépeket
  legalább évente egyszer az arra feljogosított
  szervezettel ( OMH stb.) hitelesítetni kell.

26
A különbözo anyagok keménységi értékei
27
Az ismételt igénybevétellel szembeni ellenállás

• Azt a jelenséget, amikor egy anyag az ismételt
  igénybevételek során bevitt, halmozódó
  károsodások hatására a folyáshatárnál kisebb
  terhelés esetén eltörik kifáradásnak nevezzük.
• Az anyag kifáradása törésként jelentkezik, de a
  kifáradás folyamata legszorosabban a képlékeny
  alakváltozással kapcsolatos.
• Nagyon lényeges, mert a törési káresetek kb.
  70-80 -a a kifáradással kapcsolatos. A
  jármuveknél ez az arány több is lehet!

28
A fáradt töret jellege

• két részbol, egy kagylós, barázdált és egy
  szemcsés ridegen tört részbol áll

29
Fáradt töret Jellegzetes fáradt töret forgattyús
tengelyen

• A repedés a feszültséggyujto helytol indult. A
  ridegen tört rész relatíve kicsi.

30
Fáradt töret Belso anyaghibából kiinduló fáradt
töret(tányérkerék fog)

• A repedés a feszültséggyujto helytol indult. A
  ridegen tört rész relatíve kicsi.

A károsodás kiindulása
31
A kifáradásnál három részfolyamatot
különböztethetünk meg

• repedés keletkezés
• repedés terjedés (lassú)
• instabil repedés terjedés, törés
• Az ismételt igénybevételnél a feszültség
  általában kisebb, mint a folyáshatár
• ?? Rp0,2

32
Kifáradás vizsgálata

• A jelenségre a múlt század második felében vasúti
  tengelyek hosszabb ideju üzemelése után
  bekövetkezo jellegzetes törése hívta fel a
  figyelmet. A jelenséget Wöhler a vasúti
  tengelyek igénybevételének modellezésével
  vizsgálata.

33
Az igénybevétel

• A kifáradás során a feszültség az idoben
  változik és sokszor ismétlodik.
• A vizsgálatok során a feszültség legtöbbször
  szinusz görbe szerint, de más jelalak szerint is
  változhat.

34
Vizsgálati módok
35
Wöhler görbe

• A görbe aszimptotikusan közelít egy értékhez, így
  a terhelo feszültség csökkentésével , az
  acélokra meghatározható egy olyan jellemzo
  feszültség, amellyel az akár végtelen sokszor
  terhelheto anélkül, hogy eltörne. Ezt a
  feszültséget az acél kifáradási határának
  nevezzük. Jele ?D.

36
Acélok Wöhler görbéje

• A Wöhler görbe két jól elkülönítheto szakaszból
  áll. Az elso ferde , meredeken eso szakaszt
  élettartam szakasznak, a vízszintes részt, pedig
  kifáradási szakasznak nevezzük. A két egyenes
  acéloknál 2 - 5. 106 igénybevételnél metszi
  egymást.

37
Meghatározható-e minden anyagnál kifáradási határ?

• nem minden anyagnak van kifáradási határa.
  Alumínium ötvözetek, saválló acélok,
  nagyszilárdságú acélok esetében a Wöhler görbe
  második szakasza nem vízszintes, így kifáradási
  határ nem értelmezheto.

38
A szerkezeti anyagok viselkedése ismételt
igénybevétel során

• Polimerek, a fémekhez hasonló, bár az anyagban
  zajló mikroszkópos folyamatok mások
• kerámiák, ridegek, esetükben kifáradásról nem
  beszélhetünk

39
A fárasztó vizsgálatokkal meghatározott
eredmények értékelése, használata

• A kifáradás sztohasztikus folyamat, nem lehet
  átlagolni! Az egy feszültségszinten végzett mérés
  nem a törést okozó igénybevételi számot, csak
  annak egy lehetséges értékét adja meg.
• Sok a véletlen tényezo

40
Mi a megoldás?

• A mérési eredményeket matematikai statisztikai
  módszerekkel kiértékelve adott törési illetve
  túlélési valószínuséggel adhatjuk meg az adott
  terheléshez tartozó ismétlési számot. A
  matematikai statisztikai kiértékeléshez sok,
  feszültségszintenként legalább 10 próbatest
  szükséges.

41
Az eredmények megadása
42
A kifáradást befolyásoló tényezok

• a terheléstol, külso körülményektol függo
  tényezok
• a darabtól függo tényezok

43
A z igénybevétel típusának hatása

• Az igénybevétel típusának a hatása fontos, mert
  jelentos eltérést eredményez.
• az anyag kifáradási határa a legkedvezobb
  váltakozó hajlító (1), kisebb húzó-nyomó (2) és
  még kisebb váltakozó csavarás (3) esetén..

44
Korróziós környezet

• A korrozív közeg a felületet károsítja, ezért
  jelentosen befolyásolja a kifáradást is

45
A darabtól függo befolyásoló tényezokA darab
felülete

• A fáradt törés csírája a felület. A darab
  felületén lévo hibák, feszültség koncentrátorok
  elosegítik a darab kifáradását.
• Fontos! A felület rontó hatása a nagyobb
  szilárdságú anyagoknál eroteljesebb!

46
A felület hatása

• A különbözo mechanikus felületi kezelések,
  amelyek a darab felületének közelében
  nyomófeszültséget eredményeznek pl. a felület
  görgozése, szemcseszórás, sörétezés stb. a
  kifáradási határt növelik. Szintén jelentosen
  javítják a fáradási tulajdonságokat a felületi
  hokezelések pl. a betétedzés , de különösen a
  nagyon vékony, kemény felületi kérget biztosító
  nitridálás ill. nikotrálás.