Návod k řešení úloh pro SPŠ

Střední průmyslová škola, Karviná, příspěvková organizace Žižkova 1818, 733 01 Karviná - Hranice SPŠ Karviná STROJNÍ A TECHNOLOGICKÁ MĚŘENÍ Návod k řešení úloh pro SPŠ Příručka je určena pro výuku předmětu kontrola a měření dle vnitřních potřeb SPŠ Karviná. Text příručky neprošel redakční ani jazykovou úpravou a bude dále upravován. Zpracoval: Ing. Marie Ochmanová Karviná 006

Obsah Vybraná témata pro 3. a 4. ročník...4 1 Zkoušky mechanických vlastností materiálů...5 1.1.1 Měření č. 1 statická zkouška v tahu...10 1..1 Měření č. rázová zkouška v ohybu...17 1.3.1 Měření č. 3 - zkoušky tvrdosti...5 Technologické zkoušky...43.1 Měření č. 4 hlubokotažnost plechu...45 3 Zkoušení materiálu bez porušení - defektoskopie...49 3.1 Měření č. 5 magnetoelektrická zkouška...5 4 Měření délek...54 4.1 Měření č. 6 měření délek přímou metodou...66 4. Měření č. 7 měření délek nepřímou metodou...74 5 Měření úhlů a tvarů...80 5.1 Měření č. 8 měření úhlů...87 6 Kontrola vybraných strojních součásti...91 6.1 Měření č. 9 měření závitů...97 6. Měření č. 10 měření a kontrola ozubených kol...109 7 Měření základních technických veličin...10 7.1 Měření č. 11 měření průtočného množství...18 3

Vybraná témata pro 3. a 4. ročník 1. Mechanické zkoušky materiálů. Technologické zkoušky materiálů 3. Zkoušky ke stanovení vnitřních a povrchových vad 4. Měření délek 5. Měření úhlů a tvarů 6. Kontrola vybraných strojních součástí 7. Měření základních technických veličin 4

1 Zkoušky mechanických vlastností materiálů Mechanickými zkouškami zjišťujeme chování materiálu za působení vnějších sil, tzn. že zkoumáme jeho mechanické vlastnosti. Některé mechanické vlastnosti materiálu vyjadřují jeho odpor proti deformaci (mez kluzu, mez tečení, tvrdost,.), jiné vyjadřují jeho deformační schopnost (tažnost, kontrakce, ). Materiál schopný velkých deformací před vznikem lomu je tvárný, materiál, který klade velký odpor proti deformaci je pevný. Pevný a zároveň tvárný materiál je houževnatý, protože k jeho přetvoření je zapotřebí velké deformační práce. Materiál, u něhož k lomu předcházejí malé deformace, je křehký. Uvedené vlastnosti materiálu závisejí zejména na způsobu: zatěžování teplotě druhu napjatosti Vlastnosti závislé na způsobu zatěžování: Zjišťujeme statickými a dynamickými zkouškami. Vlastnosti závislé na teplotě: Zjišťují zkouškami za teploty: Pro kovy: teplota okolí (0 ±10ºC) za vysokých teplot (význam v parní a jaderné energetice) za nízkých teplot (letectví, zkapalňování plynů apod.) Vlastnosti závisející na druhu napjatosti: Zjišťují zkouškami tahem, ohybem. Způsoby zatížení materiálu: statické dynamické rázové cyklické Způsoby namáhání: tah tlak ohyb krut 5

1.1 Statické zkoušky Statické zkoušky se uskutečňují působením klidného, rovnoměrného zatížení na zkušební těleso. Toto zatížení vyvolává stoupání jednoosé napjatosti jednoho z pěti elementárních způsobů, až do konečné fáze lomu. Patří sem zkoušky na: tah tlak ohyb střih krut Materiál musíme zkoušet takovým způsobem, jakým bude vystaven v praxi. Charakteristika statičnosti: Zatěžující síla se zvětšuje pomalu, rovnoměrně, plynule od nuly rychlosti menší než je rychlost šíření plastických deformací ve zkoušeném tělese až do okamžiku jeho porušení. Materiál klade při zatěžování odpor, který vyjadřujeme napětím. Velikost napětí ve zkoumaném tělese vyjadřuje jeho odpor proti deformaci a tím posuzujeme kvalitu materiálu. Mechanické vlastnosti materiálu určené statickou zkouškou v tahu za teploty okolí Při této zkoušce vzniká ve zkušebním tělese jednoosá rovnoměrná tahová napjatost. Zkouškou zjišťujeme čtyři mechanické vlastnosti: mez kluzu v tahu mez pevnosti v tahu tažnost kontrakci Zkušební zařízení Zkoušky se provádí na univerzálním zkušebním stroji, univerzálním proto, že se na něm dají provádět i jiné statické zkoušky. Obr. 1.1.1. Schéma trhacího zařízení 1 - horní nepohyblivá čelist, - dolní pohyblivá čelist, 3 - olejové čerpadlo, 4 - zkušební vzorek 6

Zkušební tyčinka je upnuta v horní a dolní upínací čelisti. Dolní upínací čelist je spojena s pístem čerpadla, který se pohybuje působením kapaliny ve válci. Velikost tlaku kapaliny je mírou velikosti síly, kterou tyčinku natahujeme. Hydraulická zařízení jsou normalizovaná, jsou vyráběna v typizovaných řadách velikostí. Zkušební vzorek: Je to normalizovaná tyčinka, která může mít různý tvar. Skládá se s dříku a upínací hlavy. Průřez dříku může být kruhový, čtvercový nebo obdélníkový. Obr.1.1.. Zkušební tyčinka d 0 průměr dříku tyčinky (před zkouškou), l 0 délka dříku tyčinky (před zkouškou), S 0 průřez dříku tyčinky ( 5 ) d [ mm] l0 = 10 0 Diagram tahové zkoušky: Je to závislost napětí na prodloužení (Hookův diagram). Obr. 1.1.3. Diagram tahové zkoušky 7

σ Ut napětí na mezi úměrnosti σ Et napětí na mezi pružnosti σ E = E ε σ Kt napětí na mezi kluzu σ Pt napětí na mezi pevnosti σ Ut - napětí je přímo úměrné prodloužení ε σ Et mez pružnosti, po odlehčení se zkušební tyčinky vrátí na svou původní délku, v praxi platí: σ Ut = σ Et σ Kt napětí, při kterém se tyčinka rychle prodlužuje, po odlehčení se nevrací na původní délku σ Pt je to maximální napětí, po je překročení dojde k přetržení tyčinky l l 0 ε = = [ ε ] = 1 l 0 l l 0 R F R m = = k max e S 0 S 0 F S 0 d = π 4 0 Diagram tahové zkoušky je diagram smluvních dohod. Protože všechny výpočty vztahujeme vždy k původnímu průřezu S 0. Re napětí na mezi kluzu Rm napětí na mezi pevnosti Diagram je pro každý materiál jiný. Pro konstruktéra má největší význam napětí dovolené. R e σ Dt = k k koeficient bezpečnosti pro ocel: k = 1,5 křehké materiály: k = 4 5 8

Změna tvaru tyčinky po zkoušce: Tažnost (poměrné prodloužení) [A] v % l l A = l 0 0 100 Kontrakce (zúžení) [Z] v % Z = S S 0 S 0 100 Tažnost se zjišťuje vždy po přetržení. Poměrné prodloužení můžeme zjistit v kterémkoliv okamžiku, kdy se tyčinka natahuje. Délku l zjišťujeme až po přetržení tyčinky. Obr. 1.1.4. Diagram tahové zkoušky pro různé druhy materiálů 9

1.1.1 Měření č. 1 statická zkouška v tahu Název úlohy: Mechanická zkouška statická v tahu Zadání úlohy: Proveďte statickou zkoušku v tahu, z naměřených a vypočítaných hodnot určete ze strojnických tabulek druh materiálu zkušební tyčinky. 1. Účel měření: Mechanické zkoušky patří v oboru zkoušení kovů mezi nejdůležitější. Zjišťují se jimi vlastnosti materiálu. Při pozvolném a rovnoměrném zatěžování materiálu působením vnějších sil dojde ke vzniku lomu. Podle struktury lomu můžeme zjistit zda je materiál houževnatý nebo křehký. Výsledkem zkoušek jsou mechanické charakteristiky, které slouží jako podklad při hodnocení jakosti materiálu, pro pevnostní výpočet při navrhování konstrukcí a nebo při volbě vhodného materiálu pro dané podmínky provozního namáhání.. Popis měřidel a přístrojů: a) Nákres a popis zkušebního zařízení Obr. 1.1.5. Univerzální zkušební zařízení 1 horní nepohyblivá upínací čelist, dolní pohyblivá upínací čelist, 3 ukazatel zatížení, 4 přepínač zatížení, 5 tlačítko pro vypnutí zařízení, 6 tlačítko pro zapnutí zařízení, 7 ruční ovládání posuvu, 8 regulátor rychlosti posuvu dolní čelisti, 9 - jistič 10

b) Měřidla a pomůcky Obr. 1.1. 6. Schéma trhacího zařízení 1 - zkušební tyčinka, - horní nepohyblivá čelist, 3 - dolní pohyblivá upínací čelist, 4 - ukazatel zatížení, 5 - přepínač zatížení, 6 - vypínač elektrického proudu, 7 - spínač elektrické proudu, 8 jistič, 9 - ruční ovládání dolní upínací čelisti (páka rozváděče, který ovládá smysl toku oleje čerpadla), 10 regulační ventil ovládání množství protékajícího oleje a rychlosti pohybu dolní upínací čelisti (škrtící ventil olejového čerpadla, optimální rychlost nastavení na hodnotě,7) posuvné měřidlo kladívko důlčík svěrák c) Nákres a popis zkušební tyčinky Zkušební tyčinka Příklad vyhotovení zkušební tyče pro ocel. Na obrázku je zobrazena zkušební tyčinka před zkouškou a po zkoušce. 11

Obr. 1.1. 7. Zkušební tyčinka před a po zkoušce 3. Postup měření: Posuvným měřidlem změřte na pěti různých místech průměr d 0 zkušební tyčinky a naměřené hodnoty zapište do tabulky. Z těchto hodnot vypočítejte aritmetický průměr d 0. Vypočítejte délku l 0. Tyčinku upněte do svěráku, vypočítanou délku l 0 nastavte do posuvného měřidla a důlčíkem na dříku zkušební tyčinky proveďte důlky vzdálené od sebe o délku l 0. Nyní uveďte do chodu zkušební zařízení. Přepínač směru zatížení nastavte do polohy (0). Do horní nepohyblivé čelisti zasuňte zkušební tyčinku. Pomalým spouštěním dolní čelisti pomoci ručního ovládání posuvu upněte tyčinku pevně do spodní čelisti stroje. Nastavte rychlost pohybu čelisti na hodnotu,7. Přepínač zatížení nastavte do polohy (1) tah, poloha () tlak, sledujte ručičku ukazatele zatížení. Při prvním zakmitnutí ručičky zapište hodnotu. Je to hodnota F k (síla na mezi kluzu). V momentě, než začne ručička klesat, zapište hodnotu F max (maximální síla nebo-li síla na mezi pevnosti). Pak začne ručička klesat a dojde k přetržení zkušební tyčinky. Vypněte zkušební stroj. Nyní tyčinku vyjměte z čelisti trhacího zařízení a obě části tyčinky přiložte k sobě. Posuvným měřidlem změřte vzdálenost l důlků po prodloužení. Změřte 5x průměr d zúžené části dříku v místě přetržení a vypočítejte aritmetický průměr d. Hodnoty zapište do tabulky. 4. Naměřené hodnoty: Tab. 1.1.1. Vzor pro zápis naměřených hodnot Počet měření 1 3 4 5 [d 0 ] mm d mm [ ] 0 l0 = 10 d 0 d 0 - průměr dříku zkušební tyčinky před zkouškou d - průměr dříku zkušební tyčinky po zkoušce l 0 - délka dříku vyznačená důlky před zkouškou l - délka dříku vyznačená důlky po zkoušce F k - síla na mezi kluzu F max - maximální síla (síla na mezi pevnosti) 1

Tab. 1.1. Vzor pro zápis vypočtených hodnot Počet měření 1 3 4 5 [d] mm [ d ] mm 5.Vypočtené hodnoty: R F R m = = k max e S 0 S 0 F S 0 d 0 = π d S = π 4 4 R σ e Dt = k σ Dt - dovolené napětí na mezi kluzu v MPa k - součinitel bezpečnosti R e - napětí na mezi kluzu v MPa R m - napětí na mezi pevnosti v MPa S 0 - průřez dříku zkušební tyčinky S - průřez dříku v místě zúžení po přetržení zkušební tyčinky l l = 0 S 0 S A 100 Z = 100 l S 0 A - tažnost (prodloužení tyčinky) v % Z - kontrakce (zúžení tyčinky) v % 0 Nyní z těchto vypočítaných hodnot zjistěte z jakého materiálu je vyrobena zkušební tyčinky. To provedete následujícím způsobem. Vytvořte tabulku z vypočítaných hodnot R e, R m a σ. Dt Tab. 1.1.3. Vzor pro zápis volby materiálu Volba Např. 11500 11600... materiálu Re x Rm x σ x Dt 13

Pokud se vypočítané hodnoty ( v ukázce křížky) shodují s hodnotami materiálů ze strojnických tabulek, pak tyčinka je vyrobená z příslušné oceli, v našem případě je třídy11500. Tab. 1.1.4. Vzor pro zápis volby materiálu Volba Např. 11500 11600... materiálu Re x Rm x σ x Dt Jestliže se vypočítané hodnoty nebudou shodovat s hodnotami tabulkovými, znamená to, že jste nepřesně zaregistrovali F k, pak bude pro vás určující hodnotou pro určení materiálu hodnota R m. 6. Závěr: Proveďte zhodnocení celého měření. Určete druh materiálu. Pokud tyčinka praskne mimo označenou délku, znamená to, že dřík tyčinky má po celé délce nestejný průřez, to má vliv na to, že délka l bude špatně změřena a tím bude nesprávně vypočítaná tažnost. Zkouška pak nedává smysl. I tuto možnost musíte uvést v závěrečném zhodnocení měření. 14

1. Dynamické zkoušky Dynamické zkoušky se vyznačují rychlým zatěžováním, které se mění buď skokem rázem nebo se opakuje v určitým cyklech. Dynamické zkoušky provádíme proto, že ve stavbě strojů neexistuje zatížení součásti bez působení přenášených proměnlivých setrvačných sil. Dynamické zkoušky rázové Podle způsobu zatěžování se dynamická zkouška rázová dělí na dynamickou zkoušku: v tlaku v tahu v ohybu V tlaku má zkouška význam tehdy, jestliže chceme zjistit chování materiálu za působení tlakové síly, např. při kování na bucharu. Pro nás má největší praktický význam dynamická zkouška rázová v ohybu. Vnější zatěžující síla působí rázem vyvolaným úderem cizího tělesa (kladiva) po určité rychlosti dopadu. Tím, že jsme kladivo zvedli, udělili jsme mu energii. Energie je schopnost konat práci. Zde je mírou kvality materiálu práce. Měřítkem kvality materiálu je množství práce spotřebované k jeho porušení. Této práci se říká práce deformační nebo také rázová a vypočítáme ji ze vztahu A R = G ( H h)[ J]. Podíl spotřebované nárazové práce A R a původního nejmenšího průřezu S 0 v místě vrubu nazýváme vrubovou houževnatostí KC a AR J vypočítáme ji ze vztahu KCU = S. Vrubovou houževnatost zjišťujeme 0 cm zvláště u tepelně zpracovaných oceli, svarů apod. Zkouška se provádí na kladivech, která mohou být různá. Pro naši zkoušku se používá kladivo CHARPY. Zařízení pro zkoušku vrubové houževnatosti Obr. 1..1 Charpyho kladivo 15

Je to kyvadlové kladivo, které se skládá z tuhé litinové desky, dvou stojanů, kyvadla s kladivem. Mezi stojany se kývá kyvadlo, na kterém je zavěšeno kladivo. Kladivo má ocelový kalený břit, v místě vybrání kladiva je těžiště. Další části tohoto kladiva jsou podpěry. V nulové poloze je zkušební tyčinka čtvercového tvaru s vrubem volně položena. Obr. 1... Přeražení zkušební tyčinky Charpyho kladivem Obr. 1..3. Zkušební tyčinka 16

Označení: KCU - pro tyčinku s vrubem U a hloubkou mm KCU 3 - pro tyčinku s vrubem U a hloubkou 3 mm KCU - pro tyčinku s vrubem U a hloubkou 5 mm KCV - pro tyčinku s vrubem V a hloubkou mm Při jiných rozměrech tyčinky se použije označení: Např. šířka tyčinky je 5 mm, vrub U je mm, nárazová práce A R je 10 J KCU 10//5 Obr. 1..4. Struktura lomů zkušebních tyčinek 1 tvárný lom, smíšený lom, 3 křehký lom Mimo vrubovou houževnatost hodnotíme i vzhled lomové plochy. Z tohoto hlediska rozlišujeme křehký, houževnatý a smíšený lom. Křehký lom nevykazuje deformaci, na lomové ploše jsou znatelné větší krystalky. Houževnatý lom má okolí lomu deformované. Smíšený lom je kombinací lomu křehkého a houževnatého. Pokud se tyčinka přerazí na dva kusy, usuzujeme na křehký materiál zkoušeného vzorku. Pokud se tyčinka ohne, ale přitom vznikne lom, pak zkoušený materiál je houževnatý. Podmínkou platnosti zkoušky je vznik lomu. 17

1..1 Měření č. rázová zkouška v ohybu Název úlohy: Dynamická zkouška rázová Zadání úlohy: Rázovou zkouškou v ohybu zjistit vrubovou houževnatost materiálu zkušební tyčinky. 1. Účel měření: Účelem zkoušky je zjištění, kolik práce nebo energie se spotřebuje na přeražení zkušební tyčinky. Zkouší se jedním rázem. Touto zkouškou můžeme zjistit, zda zkoušený materiál je houževnatý nebo naopak křehký. Vrubovou houževnatost zjišťujeme zvláště u tepelně zpracovaných ocelí, svarů nebo u plastů určených k lisování, méně často u neželezných kovů. Zkouškou posuzujeme citlivost materiálu na koncentraci napětí v místě vrubu tyčinky.. Popis měřidel a přístrojů: a) Nákres a popis zkušebního zařízení Obr.1..5. Charpyho kladivo 17

Kladivo má tyto parametry: Obr. 1..6. Schéma zařízení 1 - tuhá litinová základová deska, - dva stojany, 3 kyvadlo, 4 kladivo, 5 - kalený ocelový břit, 6 podpěra, 7 - zkušební tyčinka α - 7º (úhel, který udává základní zvednutou polohu kladiva ) R - 40 mm m - 3,7 kg b) Měřidla a pomůcky posuvné měřidlo svěrák pilka c) Nákres a popis zkušební tyčinky Obr. 1..7. Zkušební tyčinka s ukázkou průřezu v místě vrubu 18

Obr. 1..8. Ukázka průřezu s vrubem 3. Postup měření: Pro zkoušku si připravte zkušební tyčinku čtvercového průřezu o rozměrech 10x10 mm a délce 55 mm. Uprostřed tyčinky vyřežte vrub předepsaného tvaru a velikosti. Posuvným měřidlem změřte rozměry pro výpočet průřezu S 0 v místě vrubu. Kladivo zdvihněte do počáteční (horní) polohy a zajistěte západkou. Zkušební tyčinku položte vrubem od kladiva mezi dvě podpěry ve spodní části zařízení.vlečnou ručičku na stupnici nastavte do polohy 0 a zaaretujte. Nyní odjistěte západku. Kladivo padá po kruhové dráze dolů a svou energii přerazí tyčinku, kladivo vykonalo práci. Po přeražení koná kladivo ještě pohyb po kruhové dráze do tzv. konečné polohy to proto, že mu zůstala ještě část energie. Této dráze říkáme překyv. Úhel tohoto překyvu zjistíte na úhlové stupnici. Tam, kde vám vlečná ručička ukáže hodnotu, to je úhel překyvu β. Teď určete vizuálním porovnáním lom zkušební tyčinky, vypočítejte z níže uvedených vztahů deformační práci a vrubovou houževnatost. 4. Dané a naměřené hodnoty: α - 7º (úhel, který udává základní zvednutou polohu kladiva ) R - 40 mm m k - 3,7 kg β - úhel překyvu a, b, c - rozměry tyčinky v místě vrubu a, b, c - rozměry tyčinky v místě vrubu 5.Vypočtené hodnoty: 1) Výpočet plochy průřezu S 0 v místě vrubu zkušební tyčinky: Obr. 1..9. Průřez tyčinky 19

) Výpočet výšky H kladiva: Obr. 1..10.Ukázka pro výpočet výšky H [ mm] H = R + x1 x 1 = R sin α 3) Výpočet výšky h kladiva: Obr. 1..11. Ukázka pro výpočet výšky h [ mm] h = R x x = R cos β 0

4) Výpočet deformační práce: A R = G G = m ( H h)[ J ] g[ N ] K 5) Výpočet vrubové houževnatosti: AR J KCU S 0 cm = Tabulka vypočtených hodnot: Zvolený materiál: xxxxx (hodnoty Re, Rm určené z tabulek) Tab.1..1. Vzor tabulky pro zápis vlastnosti zvoleného materiálu Re Rm A R KCU LOMOVÁ PLOCHA 6. Závěr: Proveďte zhodnocení celého měření podle zjištěné vrubové houževnatosti, ale také podle vzhledu lomové plochy a určete na základě těchto zkušeností charakter materiálu vašeho vzorku, to znamená křehkost nebo houževnatost matriálu. 1

1.3 Zkoušky tvrdosti Tvrdost je definována jako odpor, který klade zkoušený materiál proti vnikání cizího tělesa. Při vnikání měřicího tělíska do povrchu zkoušeného materiálu vzniká deformace, podle jejíž velikosti posuzujeme tvrdost. Zkoušky tvrdosti mohou být statické i dynamické. U statických zkoušek vrůstá postupně rovnoměrně zatížení. U dynamických zkoušek se síla vyvozuje nárazem. Statické zkoušky se provádějí podle metody: Brinella Rockwella Vickerse Dynamické zkoušky se provádějí: Poldino kladívkem Baumannovým kladívkem Shoreho skleroskope Brinellova metoda: Tato metoda spočívá v pozvolném bezrázovém zatlačování normalizované kalené ocelové kuličky o tvrdosti 850 HV a průměrech D = {1; ;.5; 5; 10}předepsanou, rovnoměrně vzrůstající silou kolmo do hladkého a očištěného povrchu zkoušeného vzorku. Po odlehčení zůstane v materiálu vtisk, který je tím větší, čím je měkčí zkoušený materiál. Tvrdost se vyjadřuje poměrem zatěžující síly k ploše vtisku vytlačené kuličkou, je to bezrozměrné číslo a v praxi se určuje podle tabulek. Zkouška se provádí na přístroji, který se nazývá Brinellův tvrdoměr. Průměr vtisku odečítáme mikroskopem nebo z matnice přístroje, na kterou je zvětšený obraz vtisku promítán. Za základní zkoušku považujeme zkoušku kuličkou o průměru 10 mm a zatížení 9 430 N, v časovém rozmezí 10 až 15 sekund. U této zkoušky vznikají velké vtisky, proto se tato zkouška používá hlavně na přejímací zkoušky profilového materiálu, polotovarů, výkovků, odlitků a polotovarů po tepelném zpracování. Tuto zkoušku nemůžeme použít pro velmi tvrdé a kalené oceli s tvrdosti větší než 400 HB, protože dochází k deformaci zkušební kuličky. Obr. 1.3.1. Brinellův tvrdoměr 1 - zdroj světla, kondenzor, 3 - objektiv, 4 - zkoušený předmět, 5 okulár, 6 zrcadlo, 7- zrcadlo, 8 obrazovka, 9 - měřítko

Rockwellova metoda: Podstatou zkoušky je, že se do zkoušeného materiálu vtlačuje buď diamantový kužel s vrcholovým úhlem 10, nebo ocelová kalená kulička. Mírou tvrdosti je velikost plastické deformace, která vznikne tlakem zkušebního tělíska. Zkouška se provádí na Rockwellově tvrdoměru. Tvrdost se značí HR a k této značce se připisuje písmeno, které označuje použité zkušební tělísko a velikost zátěže. Tvrdost označena HRC znamená, že vnikacím tělískem je diamantový kužel, u HRB je vnikacím tělískem kalená ocelová kulička a u HRA je to opět diamantový kužel. Doporučuje se HRC v rozsahu 0 až 67, HRB v rozsahu 5 až 100. Naměříme-li např.: HRC > 67, může být poškozený diamant., nebo špatně upravený vzorek apod.. HRB se používá pro zkoušení měkkých slitin. HRA k určování tvrdosti na tenkých vrstvách a na předmětech ze slinutých karbidů. Výhodou této zkoušky je, že hodnotu tvrdosti přečteme na číselníku tvrdoměru, nemusíme nic přepočítávat, ani hledat v tabulkách. Další předností této zkoušky jsou velmi malé vtisky, které nejsou téměř vidět, a také pokud používáme diamantový kužel, můžeme měřit tvrdost u velmi tvrdých materiálů. Obr. 1.3... Schéma zkoušky tvrdosti podle Rockwella: Vickersova metoda: U této zkoušky se do zkoušeného materiálu vtlačuje čtyřboký pravidelný jehlan s vrcholovým úhlem 136. Tvrdost se vyjadřuje poměrem zatěžovací síly k povrchu vtisku. Zkouška se provádí na Vickersově tvrdoměru. Zkušební tělísko se vtlačuje do materiálu rovnoměrně, po odlehčení se mikroskopicky změří úhlopříčky vtisku a vypočítá se aritmetický průměr délky úhlopříčky,pak se z tabulek se určí příslušná tvrdost, která se značí HV. Výhodou této zkoušky jsou ještě menší vtisky než u Rockwellovy zkoušky. Obr. 1.3.3. Schéma zkoušky tvrdosti podle Vickerse: 3

Zkouška tvrdosti Poldi kladívkem: Zkouška se provádí na jednoduchém, malém a přenosném zařízení o malé hmotnosti. Soupravu tvoří tvrdoměr Poldi, porovnávací tyčinka, Brinellova lupa a tabulky tvrdosti. Vnikacím tělískem je kalená ocelová kulička, která je umístěna ve třmenu spojeném s vlastním tělesem. Mezi úderník a kuličku se vkládá porovnávací tyčinka. Pak se tento tvrdoměr postaví kolmo na zkoušený vzorek a úderem kladívka na tvrdoměr se vytvoří vtisk. Změří se průměry vtisku v obou směrech jak v tyčince, tak ve zkoušeném vzorku, vypočítají se aritmetické průměry vtisků a z tabulek se zjistí tvrdost. Zjištěnou tvrdost značíme HB. Výhodou této zkoušky je, že můžeme měřit tvrdost velkých součásti, které bychom těžko přenesli do laboratoře. Obr. 1.3.4. Princip kladívka Poldi: Zkouška tvrdosti Baumannovým kladívkem Zkouška se provádí na jednoduchém přenosném zařízení o malé hmotnosti. Soupravu tvoří tvrdoměr, Brinellova lupa, cejchovací kotouč pro kontrolu přesnosti kladiva a tabulky tvrdosti. Vnikacím tělískem je ocelová kalená kulička. Tvrdost se určuje v Brinellových stupních. Zatížení je vytvořeno pružinou, stlačenou o konstantní zdvih. Při stlačení uvolní západka pružinu, která vymrští razník na držák vnikacího tělíska a to vytvoří ve zkoušeném vzorku vtisk. Dynamický ráz potřebný k vtlačení kuličky do zkoušeného materiálu je stále stejný a vyvozuje se deformací cejchované pružiny.pomoci Brinellovy lupy se změří ve dvou směrech průměry vtisku. Vypočítá se aritmetický průměr vtisku a z tabulek se urči tvrdost, která se značí HB 4

1.3.1 Měření č. 3 - zkoušky tvrdosti Název úlohy: Zkoušky tvrdosti materiálu Zadání úlohy: Zjistit povrchovou tvrdost materiálu daných vzorků: 1. Statickými metodami - Měření Vickersovou a Rockwellovou metodou. Dynamickými metodami - Měření Baumannovým a Poldi kladívkem 1. Účel měření: Účelem měření je zjištění další velmi důležité vlastnosti materiálu, kterou je tvrdost. Tvrdost je odolnost materiálu proti vnikání cizího tělesa. Je charakteristickou vlastnosti nejen nástrojů (soustružnické nože a další nástroje), ale i strojních součástek, u kterých požadujeme dobrou otěruvzdornost a odolnost proti otlačení apod. Pro bezpečnou a spolehlivou funkci součásti se v praxi požaduje určitá tvrdost materiálu. Požadovanou povrchovou tvrdost dosahujeme nejčastěji tepelným zpracováním. Pokud pracujeme se známým materiálem, najdeme veškeré informace, které potřebujeme znát pro jeho další zpracování v normách (materiálové listy, strojnické tabulky). Pokud materiál neznáme, a potřebujeme znát jeho vlastnosti, musíme provést zkoušky. Účelem tohoto měření je zjištění tvrdosti na vzorcích materiálů, jak statickými, tak dynamickými metodami. Rockwellova metoda. Popis měřidel a přístrojů Obr. 1.3.5. Rockwellův tvrdoměr 5

Obr. 1.3.6. Schéma Rockwellova tvrdoměru: 1 - diamantový hrot, - zkoušený kov, 3 stůl, 4 páka, 5 - pomocné závaží, 6 - spouštěcí páka, 7 - závaží pro hlavní zatížení, 8 stupnice, 9 - ruční kolo Obr. 1.3.7. Indikátor Rockwellova tvrdoměru Na tomto indikátoru jsou dvě stupnice. Černá platí pro zkoušku diamantovým kuželem, červená platí pro zkoušku kalenou kuličkou. Na stupnicích jsou uvedena předepsaná zatížení. Stupnice jsou přímo v příslušných tvrdostech pro kužel HRC, pro kuličku HRB. Pro naši zkoušku budeme používat kalenou ocelovou kuličku o velikosti 1/16 palce tj. 1,59 mm. 6

Předností Rockwellovy zkoušky jsou malé vtisky. Z důvodu eliminace nerovnosti povrchu se vytváří předzátěž 100 N. Tvrdost vyhodnocujeme podle hloubky vtisku. Ke značce tvrdosti HR připisujeme písmeno, které označuje použité zkušební tělísko a velikost zátěže. Tab.1.3.1. Značení tvrdosti podle zkušebního tělíska a zatížení Označení Zkušební Zatížení F tvrdosti tělísko [N] HRA kužel 600 HRC kužel 1500 HRB kulička 1000 3. Postup měření: Položte čistý vzorek bez otřepů a okují na stůl přístroje. Ručním kolem otáčejte ve směru hodinových ručiček tak dlouho, až se zkoušený vzorek dotkne indikátoru (kalené kuličky). Dalším otočením kola vytvoříte tzv. předzátěž (98,1 ± 1,96)N, to znamená, že vnikací tělísko proniklo pod nerovnosti povrchu.tato hodnota předzátěže nesmí být překročena. To poznáte podle malé ručičky, která musí být uprostřed červeného terčíku. Nyní nastavte číselník indikátoru do polohy SET (nastavení). To znamená, že velká ručička musí být na 0 černé stupnice a současně na 30 červené stupnice. Teď uvolněte závaží (zatížení 1000 N) pomoci páky zaaretované západkou. Čekejte asi 6 s, kdy velká ručička už nevykazuje pokračující plastickou deformaci. Proveďte odlehčení, to znamená páku vraťte pomalu do výchozí polohy a zaaretujte západkou. Velká ručička se vlivem zbylé pružné deformace vrátí trochu zpět. Tam, kde velká ručička zůstane stát, je skutečná tvrdost HRB zkoušeného vzorku. Vzorek uvolněte z tvrdoměru otáčením ručního kola proti směru hodinových ručiček. 4. Naměřené hodnoty: Tvrdost v tomto případě přímo odečtete z číselníkového úchylkoměru indikátoru. Hodnota tvrdosti je hloubka vtisku xx HRB (např.:67 HRB) 7

Vickersova metoda. Popis měřidel a přístrojů: Obr. 1.3.8 Vickersův tvrdoměr 1 sloup, - mechanická část, 3 - optická část, 4 stůl, 5 - zkoušený vzorek, 6 výstředník, 7 páka, 8 - aretační šroub Mechanická část: Ve válci je pružina, která se stlačuje prostřednictvím pákového převodu. Na konci mechanické části se nachází vnikací tělísko. Vnikacím tělískem je pravidelný čtyřboký jehlan s vrcholovým úhlem 136. Protože pružina je stlačována vždy o konkrétní zdvih, je zatěžující síla konstantní. Optická část: Optickou část tvoří mikroskop, který se skládá z okuláru (položka ) a objektivu. V okuláru je stupnice a clona. Stupnice je otočná, když otáčíme malým šroubem (položka 3) je posuvná. Clona se ovládá mikrometrickým šroubem (položka 1). Na mikrometrickém šroubu je kruhová stupnice a na pevné části ryska. Mezi okulárem a objektivem se nachází tubus s mikroskopickými čočkami. Objektiv můžeme posouvat nahoru a dolů pomoci vnějšího výstředníku. Mechanická a optická část je svázaná a nastavitelná na dvě polohy. Pákou pomoci pákového mechanismu tvoříme vtisk. 8

Obr. 1.3.9. Optická část Vickersova tvrdoměru: 1 - mikrometrický šroub, okulár, 3 - malý šroub pro posouvání stupnice Obr. 1.3.10. Obraz vtisku v okuláru: Obraz vtisku v okuláru natočíme tak, aby úhlopříčka vtisku byla rovnoběžná s vodorovnou ryskou stupnice. 9

Tvrdost označujeme HV. Mírou tvrdosti jsou zde délky úhlopříček. Na základě výpočtu úhlopříček a z přiložených tabulek můžeme zjistit tvrdost materiálu. Výhodou této zkoušky jsou ještě menší vtisky než u Rockwellovy zkoušky. Vtisky jsou velmi nepatrné, nedochází proto k znehodnocení povrchu materiálu. Můžeme tedy měřit tvrdost hotových výrobků malých součástí. 3. Postup měření: Položte zkoušený vzorek na pracovní stůl. Nastavte mechanickou část asi 5 až 6 mm nad zkoušený vzorek a zajistěte aretačním šroubem polohu mechanické části. Stlačte páku na doraz a držte asi 0s, poté zvolna odlehčete. Nyní otočte měřidlo do optické polohy a spusťte objektiv na dotek se zkoušeným vzorkem. V okuláru objektivu uvidíte vtisk. Otočte obraz vtisku tak, aby úhlopříčka vtisku byla rovnoběžná s vodorovnou osou stupnice. Budete zjišťovat velikost úhlopříčky u 1. Teď otáčejte malým šroubem (položka 3) tak dlouho, až je svislá osa stupnice u levého bodu úhlopříčky vtisku. Poté otáčejte mikrometrickým šroubem (posouváte clonu) k poslednímu celému dílku úhlopříčky a zároveň na mikrometrickém šroubu přečtěte hodnotu a zapiště. Teď posouvejte clonu k druhému bodu úhlopříčky a opět přečtěte hodnotu na mikrometrickém šroubu a zapište. Poslední dvě hodnoty slouží pro výpočet Δ. Nyní otočte okulár o 90 a změřte stejným způsobem velikost úhlopříčky u. Při otáčení okuláru přidržte druhou rukou zkoušený vzorek na stole přístroje, protože pokud by došlo k porušení polohy vzorku, neviděli byste v okuláru vtisk a museli byste celé měření provádět znovu. 4. Naměřené hodnoty: Obr. 1.3.11. Ukázka vtisku pro změření úhlopříčky u1: 30

Obr. 1.3.1. Ukázka vtisku pro změření úhlopříčky u: 5.Vypočtené hodnoty: Příklad výpočtu podle výše zobrazených ukázek: Výpočet úhlopříčky u 1 : Výpočet úhlopříčky u : u 1 = 00 + [ µ m] ( 100 94) + 34[ µ m] 00 + 40 40[ ] = u = µm u u 1 = = Výpočet aritmetického průměru úhlopříček: = = 00 + [ µ m] ( 100 9) + 5[ µ m] 00 + 3 = 3[ µ m] u1 + u 40 + 3 u = = = 36 µ 36 [ m] = 0, [ mm] Pro zjištění tvrdosti HV potřebujete tabulky. Vypočtená úhlopříčka vtisku je 0,36 mm. Z tabulky ve sloupci označeném d najdete délku v setinách mm (0,3), v řádku označeném d najdete délku vtisku v tisícinách mm (0,006). Vašemu vzorovému příkladu odpovídá tvrdost 999 HV. V případě, že by vám hodnota úhlopříčky vyšla desetitisícinách mm, např.: 0,365, pak použijete určení tvrdosti průměrnou hodnotu. Ve sloupci: 0,3 V řádku: 0,006 HV 999 V řádku: 0,007 HV 990 Skutečná hodnota tvrdosti: (999+990)/ = 994,5 994,5 HV 31

Tab. 1.3.. Tvrdosti podle Vickerse Vickersova tvrdost pro zatížení 300 N d 0.000 0.001 0.00 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0,16 043 018 1995 1971 1918 0,17 195 1903 1880 1859 1838 1817 1796 1776 1756 1736 0,18 1717 1698 1680 1661 1643 166 1608 1591 1574 1557 0,19 1541 155 1509 1493 1478 1463 1448 1433 1419 1403 0,0 1391 1377 1363 1350 1337 134 1311 198 189 174 0,1 161 150 138 16 115 103 119 1181 1171 1160 0, 1149 1139 119 1119 1109 1099 1089 1080 1070 1063 0,3 105 1043 1034 105 1016 1007 999 990 98 974 0,4 966 958 950 94 934 97 919 91 905 897 0,5 890 883 876 869 86 856 849 84 836 88 0,6 83 817 810 804 798 79 796 780 775 769 0,7 763 757 75 746 741 736 730 75 70 715 0,8 710 705 700 695 690 685 680 675 671 666 0,9 661 657 65 648 644 639 635 631 66 6 0,30 618 614 610 606 60 598 594 590 586 583 0,31 579 575 571 568 564 561 557 554 550 547 0,3 543 540 537 533 530 57 53 50 517 514 0,33 511 508 505 50 499 496 493 490 487 484 0,34 481 478 476 473 470 467 465 46 459 457 0,35 454 451 449 446 444 441 439 436 434 43 0,36 49 47 45 4 40 418 415 413 411 409 0,37 406 404 40 400 398 396 393 391 389 387 0,38 385 383 381 379 377 375 373 371 370 368 0,39 366 364 36 360 359 357 355 353 351 349 0,40 348 346 344 343 341 339 337 336 334 333 0,41 331 39 38 36 35 33 31 30 318 317 0,4 315 314 31 311 309 308 307 305 303 30 0,43 301 99 98 97 95 94 93 91 90 89 0,44 87 86 85 83 8 81 80 78 77 76 0,45 75 74 7 71 70 69 68 66 65 64 0,46 63 6 61 60 58 57 56 55 54 53 0,47 5 51 50 49 48 47 46 45 44 43 0,48 4 41 40 39 38 37 36 35 34 33 0,49 3 31 30 9 8 7 6 5 4 4 0,50 3 1 0 19 18 17 16 16 15 0,51 14 13 1 11 11 10 09 08 07 07 0,5 06 05 04 03 03 0 01 00 00 199 0,53 198 197 197 196 195 194 194 193 19 191 0,54 191 190 189 189 188 187 187 186 185 185 0,55 184 183 183 18 181 181 180 179 179 178 0,56 177 177 176 176 175 174 174 173 17 17 0,57 171 171 170 169 169 168 168 167 167 166 0,58 165 165 164 164 163 163 16 161 161 160 0,59 160 159 159 158 158 157 157 156 156 155 0,60 155 154 154 153 15 15 151 151 150 150 d - délka úhlopříčky vtisku v mm 3

Tab. 1.3.3. Tvrdosti podle Vickerse Vickersova tvrdost pro zatížení 300 N d 0.000 0.001 0.00 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0,61 150 149 149 148 148 147 147 146 146 145 0,6 145 144 144 143 143 14 14 14 141 141 0,63 140 140 139 139 138 138 138 137 137 136 0,64 136 135 135 135 134 134 133 133 13 13 0,65 13 131 131 130 130 130 19 19 18 18 0,66 18 17 17 17 16 16 15 15 15 14 0,67 14 14 13 13 1 1 1 11 11 11 0,68 10 10 10 119 119 119 118 118 118 117 0,69 117 117 116 116 116 115 115 115 114 114 0,70 114 113 113 113 11 11 11 111 111 111 0,71 110 110 110 109 109 109 109 108 108 108 0,7 107 107 107 106 106 106 106 105 105 105 0,73 104 104 104 104 103 103 103 10 10 10 0,74 10 101 101 101 101 100 100 99,7 99,4 99, 0,75 98,9 98,6 98,4 98,1 97,9 97,6 97,3 97,1 96,8 96,6 0,76 96,3 96,1 95,8 95,6 95,3 95,1 94,8 94,6 94,3 94,1 0,77 93,8 93,6 93,3 93,1 9,9 9,6 9,4 9,1 91,9 91,7 0,78 91,4 91, 91,0 90,7 90,5 90,3 90,0 89,8 89,6 89,4 0,79 89,1 88,9 88,7 88,5 88, 88,0 87,8 87,6 87,4 87,1 0,80 86,9 86,7 86,5 86,3 86,1 85,8 85,6 85,4 85, 85,0 0,81 84,8 84,6 84,4 84, 84,0 83,8 83,5 83,3 83,1 8,9 0,8 8,7 8,5 8,3 8,1 81,9 81,7 81,5 81,3 81,1 80,9 0,83 80,8 80,6 80,4 80, 80,0 79,8 79,6 79,4 79, 79,0 0,84 78,8 78,7 78,5 78,3 78,1 77,9 77,7 77,5 77,4 77, 0,85 77,0 76,8 76,6 76,5 76,3 76,1 75,9 75,7 75,6 75,4 0,86 75, 75,0 74,9 74,7 74,5 74,3 74, 74,0 73,8 73,7 0,87 73,5 73,3 73, 73,0 7,8 7,7 7,5 7,3 7, 7,0 0,88 71,8 71,7 71,5 71,4 71, 71,0 70,9 70,7 70,5 70,4 0,89 70, 70,1 69,9 69,8 69,6 69,4 69,3 69,1 69,0 68,8 0,90 68,7 68,5 68,4 68, 68,1 67,9 67,8 67,6 67,5 67,3 0,91 67, 67,0 66,9 66,7 66,6 66,4 66,3 66, 66,0 65,9 0,9 65,7 65,6 65,4 65,3 65, 65,0 64,9 64,7 64,6 64,5 0,93 64,3 64, 64,0 63,9 63,8 63,6 63,5 63,4 63, 63,1 0,94 63,0 6,8 6,7 6,6 6,4 6,3 6, 6,0 61,9 61,8 0,95 61,6 61,5 61,4 61,3 61,1 61,0 60,9 60,7 60,6 60,5 0,96 60,4 60, 60,1 60,0 59,9 59,7 59,6 59,5 59,4 59, 0,97 59,1 59,0 58,9 58,8 58,6 58,5 58,4 58,3 58, 58,0; 0,98 57,9 57,8 57,7 57,6 57,4 57,3 57, 57,1 57,0 56,9 0,99 56,8 56,6 56,5 56,4 56,3 56, 56,1 56,0 55,9 55,7 1,00 55,6 55,5 55,4 55,3 55, 55,1 55,0 54,9 54,8 54,6 1,01 54,5 54,4 54,3 54, 54,1 54,0 53,9 53,8 53,7 53,6 1,0 53,5 53,4 53,3 53, 53,1 53,0 5,8 5,7 5,6 5,5 1,03 5,4 5,3 5, 5,1 5,0 51,9 51,8 51,7 51,6 51,5 1,04 51,4 51,3 51, 51,1 51,0 50,9 50,8 50,7 50,6 50,5 1,05 50,5 50,4 50,3 50, 50,1 50,0 49,9 49,8 49,7 49,6 d - délka úhlopříčky vtisku v mm 33

Zkouška tvrdosti kladívkem Poldi. Popis měřidel a přístrojů: Obr. 1.3.13. Poldi kladívko Obr. 1.3.14. Kladívko připravené ke zkoušce Obr. 1.3.15. Měření průměru vtisku pomoci Brinellovy lupy: 34

Brinellova lupa je zvětšovací sklo se stupnicí po desetinách mm, které je umístěno ve stojánku. 3. Postup měření: Mezi úderník a vnikací tělísko (kalená ocelová kulička) vložte porovnávací tyčinku o známé tvrdosti a pevnosti. Údaje jsou vyznačeny na tyčince. Tvrdoměr přiložte kuličkou kolmo na zkoušený vzorek a úderem kladiva vytvořte vtisk. Vtisk budete mít jak na zkoušeném vzorku tak na porovnávací tyčince. Nyní vyndejte porovnávací tyčinku a změřte pomoci Brinellovy lupy průměry vtisků jak ve vzorku materiálu tak v porovnávací tyčince a vypočítejte aritmetické průměry z těchto naměřených hodnot. Z tabulky tvrdosti určete na základě hodnot d t a dv hodnotu tvrdosti materiálu v Brinellových stupních a pevnost σ pt. Výsledek vynásobte srovnávací konstantou, kterou najdete na porovnávací tyčince. 4. Naměřené hodnoty: HB1 tvrdost zkoušeného vzorku HB tvrdost porovnávací tyčinky O 1 plocha vtisku ve zkoušeném vzorku O plocha vtisku ve srovnávací tyčince Obr. 1.3.16. Princip kladívka 35

Průměry vtisku měřte ve dvou vzájemně kolmých směrech, viz.ukázka. Příklad odečtení průměru Brinellovou lupou: Měření vtisku ve zkušebním vzorku Obr. 1.3.17. Ukázka změření průměru vtisku ve zkušebním vzorku d 1v = 4,1 mm d v = 3,8 mm Totéž provedete v případě změření průměrů srovnávací tyčinky Obr. 1.3.18. Ukázka změření průměru vtisku ve srovnávací tyčince d 1t = 4, mm d t = 4,1 mm 36

5.Vypočtené hodnoty: Příklad výpočtu podle výše zobrazených ukázek: Výpočet aritmetického průměru vtisku ve zkoušeném vzorku: d v + d v 4,1 + 3,8 d v = 1 = 3, 95 = Výpočet aritmetického průměru vtisku v porovnávací tyčince: d t + d t 4, + 4,1 dt = 1 = 4, 15 = [ mm] [ mm] 37

Pro zjištění tvrdosti HB potřebujeme tabulky. Hodnoty v prvním řádku jsou průměry vtisků ve zkušebním vzorku. Hodnoty v prvním sloupci určují průměry vtisků v porovnávací tyčince. Tab. 1.3.4. Tvrdosti podle Brinella Ocel přírodně Průměr vtisku kuličky v mm ve zkoušeném materiálu tvrdá a žíhaná 1.6 1.7 1.8 1.9.1..3.4.5.6.7.8.9 3 Průměr vtisku kuličky v mm ve srovnávací tyčince (ocel 70 x 9,81 MPa, Rm) červená = HB; modrá = Rm 1.6 1.7 1.8 1.9.0.1..3.4.5.6.7.8.9 3.0 687 569 471 39 197 16 134 11 795 687 569 481 40 343 7 197 164 137 116 98 903 785 687 579 491 41 353 58 5 197 166 140 119 101 100 893 775 687 579 491 4 363 9 55 3 197 167 14 1 105 1138 1001 873 775 687 589 500 43 373 37 86 51 197 169 145 15 108 175 1109 971 863 765 687 589 510 441 383 334 365 319 80 48 1 197 170 147 17 111 97 136 1089 961 853 765 687 598 50 451 39 343 354 311 76 45 0 197 171 149 130 114 100 1197 1059 95 844 765 687 598 50 461 40 353 344 305 7 43 19 197 17 150 13 117 103 1167 1040 93 844 755 687 598 530 461 41 363 336 99 68 41 18 197 173 15 134 119 106 1148 100 9 834 755 687 608 540 471 4 373 38 94 64 39 17 197 174 154 136 11 108 146 1118 1010 91 84 755 687 608 540 481 43 358 31 89 61 37 16 197 175 155 138 13 116 1099 991 903 84 746 687 608 549 491 349 314 85 59 36 15 197 176 156 140 1187 1079 981 893 814 746 687 618 549 341 309 81 56 34 15 197 177 158 1167 1059 961 883 814 746 687 618 335 304 77 54 33 14 197 177 156 1148 1040 95 873 804 746 687 361 38 99 74 5 3 14 197 38

Tab. 1.3.5. Tvrdosti podle Brinella Ocel přírodně tvrdá a žíhaná Průměr vtisku kuličky v mm ve zkoušeném materiálu 3.1 3. 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4. 4.3 4.4 4.5 Průměr vtisku kuličky v mm ve srovnávací tyčince (ocel 70 x 9,81 MPa, Rm) červená = HB; modrá = Rm.5.6.7.8.9 3.0 3.1 3. 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 334 97 383 343 110 91 43 39 353 15 113 101 491 441 40 363 14 18 115 104 549 500 451 41 373 334 159 144 19 117 106 96 618 559 500 451 41 473 343 178 160 145 131 119 108 97 687 618 559 510 461 4 383 353 197 178 161 146 133 11 110 101 736 687 68 569 510 470 43 39 353 1 197 179 163 147 135 13 11 10 795 736 687 68 569 50 471 43 39 363 334 8 1 197 180 163 149 136 14 114 105 96 853 795 736 687 68 579 50 481 441 40 373 343 44 7 1 197 180 165 150 137 16 115 106 98 91 844 785 736 687 68 579 530 481 44 41 373 343 61 43 6 11 197 181 165 151 139 17 117 108 100 971 903 844 785 736 687 68 579 530 491 451 41 383 353 78 59 41 5 11 197 181 166 15 140 19 119 110 101 1030 961 893 834 785 736 68 579 540 491 451 4 383 363 334 96 75 57 40 5 10 197 18 167 154 141 131 11 111 103 1099 100 95 893 834 785 736 687 638 589 540 500 461 4 39 314 9 73 55 39 4 10 197 18 168 154 143 13 1 113 1157 1079 1010 94 883 84 775 736 687 638 589 540 500 461 43 333 310 89 70 53 38 3 10 197 18 168 155 144 133 13 39

Tab. 1.3.6. Tvrdosti podle Brinella Ocel přírodně tvrdá a žíhaná Průměr vtisku kuličky v mm ve zkoušeném materiálu 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5. 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 Průměr vtisku kuličky v mm ve srovnávací tyčince (ocel 70 x 9,81 MPa, Rm) červená = HB; modrá = Rm 3.8 3.9 4.0 4.1 4. 4.3 4.4 4.5 363 343 105 98 40 373 343 115 107 100 43 40 473 353 15 116 138 101 471 441 410 383 353 334 136 16 117 110 10 96 510 481 44 41 383 363 343 147 137 17 119 111 104 97 559 50 481 451 4 39 363 343 159 148 138 19 10 113 105 99 598 559 50 481 451 4 39 373 343 17 160 149 139 130 1 144 107 100 638 548 559 50 491 461 43 40 373 184 17 160 150 140 131 13 115 108 Určení tvrdosti podle našeho příkladu: V horním řádku najdete velikost průměru vtisku našeho vzorku d v = 3,95 mm a v levém sloupci velikost průměru vtisku porovnávací tyčinky d t = 4,15 mm. Protože vám vyšla hodnota v setinách milimetru, musíte brát v úvahu průměry vtisků d v = 3,9 mm a d v = 4,0 mm. V levém sloupci najdete velikost průměru vtisku porovnávací tyčinky d t = 4,15 mm. Opět vám vyšla hodnota v setinách milimetru, proto berte v úvahu průměry vtisků d t = 4,1 mm a d t = 4, mm. Pro průměr vtisku d v =3,9 mm a průměry vtisků d t = 4,1 mm a d t = 4, mm jsou hodnoty tvrdosti 1 HB, 34 HB, σ pt = 775 MPa, σ pt = 814 MPa. Pro průměr vtisku d v = 4,0 mm a průměry vtisků d t = 4,1 mm a d t = 4, mm jsou hodnoty tvrdosti 09 HB, 1 HB, σ pt = 76 MPa, σ pt = 775 MPa. Z hodnot tvrdosti a hodnot pevnosti vypočítejte aritmetický průměr. 1+ 34 + 09 + 1 HB = = 1,5 4 775+ 814 + 76 + 775 σ Pt = = 77, 5 4 [ MPa] Oba výsledky vynásobte srovnávací konstantou, kterou najdete na porovnávací tyčince a to, co vám vyjde, bude skutečná tvrdost a skutečná pevnost zkoušeného vzorku. 40

Zkouška tvrdosti Baumannovým kladívkem. Popis měřidel a přístrojů: Obr. 1.3.19. Baumannovo kladívko 1 razník, - Brinellova lupa, 3 - cejchovací kotouč, podle něho ověřujete přesnost měřidla (nesmí se použít jako zkušební vzorek) Vnikacím tělískem je kalená ocelová kulička, která se do zkoušeného materiálu vtlačuje úderem razníku vymrštěného pružinou na držák kuličky. 3. Postup měření: Přístroj přiložte vnikacím tělískem kolmo na měřený povrch zkoušeného vzorku. Tlakem na konec posuvného pláště stlačujte pružinu až do úderu razníku o držák vnikacího tělíska. Vnikací tělísko vytvořilo ve vašem vzorku vtisk. Nyní změřte dvakrát ve dvou na sebe kolmých směrech průměr vtisku Brinellovou lupou a vypočítejte aritmetický průměr z těchto změřených hodnot. Pro zjištění tvrdosti a pevnosti zkoušeného vzorku potřebujete opět tabulky. Použijte stejné tabulky jako u zkoušky Poldi kladívkem. Vzhledem k únavě mechanické pružiny tvrdoměru je třeba obě hodnoty z tabulek vynásobit opravným koeficientem k = 1,1 (to platí pouze pro náš školní přístroj). 4. Naměřené hodnoty: Příklad: d 1 =,6 mm d =, mm 5.Vypočtené hodnoty: Výpočet aritmetického průměru vtisku: d1 + d,6 +, d = = =, 4 [ mm] 41

Z tabulek tvrdosti podle Brinella vyhledejte v prvním řádku tabulky vypočítanou průměrnou hodnotu vtisku v mm. V prvním sloupci tabulky vyhledejte hodnotu, mm to proto, že do porovnávací tyčinky o pevnosti 60 x 9,81 MPa se kladívkem vytvořil vtisk o průměru d =, mm. Pokud vám vyjde hodnota vtisku např.:,45, musíte vyhledat velikost tvrdosti a pevnosti jak pro průměr vtisku,4 mm tak pro průměr vtisku,5 a z těchto hodnot vypočítat aritmetický průměr tvrdosti a pevnosti. Cejchovací kotouč slouží ke kontrole přesnosti měření kladívka. 6. Závěr: Porovnejte jednotlivé metody, určete výhody a nevýhody těchto metod a vysvětlete, pro které tvrdosti je vhodné použít jednotlivé zkoušky tvrdosti a proveďte celkové zhodnocení měření. 4

Technologické zkoušky Technologickými zkouškami zjišťujeme vhodnost materiálu pro další technologické zpracování. Liší se od mechanických zkoušek tím, že neměří sledovanou veličinu, ale zahrnují vliv všech činitelů působících během zpracování materiálu. Jsou to dílenské zkoušky, při kterých nepoužíváme normalizované vzorky, ale vystačíme si s kouskem libovolného polotovaru. Do technologických zkoušek zahrnujeme: zkoušky tvárnosti zkoušky kalitelnosti zkoušky svařitelnosti zkoušky slévárenské zkoušky obrobitelnosti zkoušky opotřebení zkoušky koroze zkoušky jiskrové Do zkoušek tvárnosti patří: zkoušky lámavosti za studena zkoušky jemných plechů zlubokotažnost podle Erichsena kalíšková zkouška podle Engelhardta klínová zkouška tažnosti podle Siebela zkoušky drátů zkoušení střídavým ohybem zkouška kroucením zkouška navíjením4. zkoušky trubek zkouškou ohybem zkouškou smáčknutím zkouškou rozšiřováním zkouškou lemováním zkouškou rozšiřováním prstencem zkouškou hydraulickým tlakem zkoušky pěchováním za studena zkoušky kovatelnosti a zpracovatelnosti za tepla zkouška děrováním, rozštěpením, rozkováním zkouška pěchováním na 1/3 výšky za teplot 900-1000 C zkouška ohybem při teplotě 900 1000 C až po dolehnutí konců na sebe.1 Zkouška jemných plechů hlubokotažnost podle Erichsena Touto zkouškou zjišťujeme, zda můžeme z tabule plechu vytvořit výlisek, výtažek.. Princip zkoušky spočívá v rovnoměrném a plynulém zatlačování kulového razníku do zkoušeného plechu až do okamžiku vzniku trhliny. 43

Hlubokotažnost vyhodnocujeme podle dvou kritérií: hloubka tahu v závislosti na tloušťce plechu podle polohy trhliny. Rozhodující je 1. kritérium hloubka tahu v závislosti na tloušťce plechu. Obr..1. Kritéria pro posouzení zkušebních vzorků Kam se dostane razník až do vzniku trhliny, tam je hloubka tahu. 1. kritérium: Pokud trhlina vznikne v určité hloubce tahu viz všechny body na křivkou hlubokotažnosti, pak je plech vhodný pro další technologické zpracování. Body pod křivkou hlubokožnosti určují, že plech není vhodný pro technologické zpracování.. kritérium: Pokud trhlina vznikne podélně plech je vhodný pro technologické zpracování. Pokud trhlina vznikne příčně plech není vhodný pro technologické zpracování. 44

.1 Měření č. 4 hlubokotažnost plechu Název úlohy: Zkoušky jemných plechů Zadání úlohy: Posuďte zkouškou podle Erichsena hlubokotažnost daného vzorku plechu. 1. Účel měření: Účelem měření je posoudit vhodnost materiálu (polotovaru) z hlediska jeho použití pro danou technologii výroby jako např. lisování, tažení, proto zkoušku neprovádíme na normalizovaných vzorcích, ale na kousku plechu obdélníkového tvaru, který si ustřihneme v dílně. Na rozdíl od mechanických zkoušek je tato zkouška náročná z hlediska praktických zkušeností. Vyhodnocením zkoušky není číselná hodnota, ale zhodnocení nebo posouzení zjišťované vlastnosti. Zjištěná technologická vlastnost hlubokotažnost se v praxi využívá např. při navrhování vhodného materiálu pro výrobu disků, karoserií nebo výrobu nádobí atd... Popis měřidel a přístrojů: Obr... Erichsenův přístroj 45

Obr..3. Kruhová a příčná stupnice Erichsenova přístroje Obr..4. Schéma zkoušky: 1 - kulový razník, přidržovač, 3 raznice, t - zkoušený plech tloušťky t 3. Postup měření: Změřte 5x tloušťku plechu a z naměřených hodnot vypočítejte aritmetický průměr. V místě, kde budete provádět zkoušku, naneste na plech z obou stran jemnou vrstvu mazacího tuku.vložte plech mezi přidržovač a raznici. Ručním kolem otáčejte ve směru hodinových ručiček tak dlouho, až je plech upevněn, to znamená, že nepadá, ale také se s ním nedá hýbat. Nyní povolte aretační šroub a vynulujte obě stupnice. Vynulování podélné stupnice proveďte tak, že posunete jazýček směrem k ručnímu kolu. Dalším krokem je vypnutí radiální kolíkové spojky, to se provede tak, že spojku přizvednete a mírně pootočíte ručním kolem. Nyní je spojka vypnutá. Znamená to, že jste odpojili kulový razník od pohybového šroubu. V této fázi máte přístroj připravený pro zkoušku. Otáčejte ručním kolem rovnoměrně a plynule ve směru hodinových ručiček až do vzniku trhliny. Trhlinu vidíte v osvětleném zrcátku přístroje. Jedná otáčka kola znamená prohlubeň plechu o 5 mm. Po vzniku trhliny zaznamenejte hloubku tahu, kterou zjistíte ze stupnice na ručním kole a z podélné stupnice pak odečtěte desetiny milimetru. Nyní otáčejte ručním kolem v opačném směru (proti směru hodinových ručiček) 46

tak dlouho, až se dostanete do výchozí polohy (nulový bod stupnice), tím se zapne spojka (kulový razník se opět spojí s pohybovým šroubem). Dotáhněte aretační šroub. Otáčením ručního kola proti směru hodinových ručiček uvolníte pomoci pohybového šroubu plech z přístroje. Po vytažení plechu posuďte nejdříve vizuálně polohu trhliny (. kritérium). Potom vyhodnoťte z diagramu hlubokotažnosti 1. kritérium. Pro vyloučení nepřesnosti proveďte tuto zkoušku na jednom vzorku plechu x. 4. Naměřené a vyhodnocené údaje: Tab..1 Vzor tabulky pro zápis naměřených hodnot Počet měření 1 3 4 5 [t] mm [ mm Obr..5. Vzhled vzorku plechu po zkoušce: Takto bude vypadat váš vzorek po zkoušce. V prohlubni uvidíte vlasovou trhlinu. Podle směru této trhliny můžete určit technologickou vlastnost materiálu. Může se stát, že tato trhlina bude v místě, kde posouzení materiálu, zda je hlubokotažný či nikoliv, bude obtížné. V tomto případě bude rozhodujícím kritériem pro určení a zhodnocení vlastnosti vzorku plechu kritérium první. K tomu budete potřebovat diagram závislosti hlubokotažnosti plechu na tloušťce plechu, do kterého musíte vynést body a podle jejich polohy vzhledem ke křivce hlubokotažnosti přesně zjistíte zda má polotovar technologické vlastnosti, které potřebujete pro další technologie v praxi. 47

Obr..6. Diagram hlubokotažnosti plechu: 6. Závěr: Vyhodnoťte obě kritéria a na základě tohoto hodnocení určete, zda plech, z kterého jste měli vystřižený zkušební vzorek, je vhodný k tažení. 48

3 Zkoušení materiálu bez porušení - defektoskopie Zkouškami bez porušení materiálu zjišťujeme různé, pouhým okem neviditelné povrchové vady materiálu, vady které se nacházení pod povrchem nebo uvnitř materiálu. Pokud budeme navrhovat strojní součásti, u kterých nechceme mít zbytečně velký koeficient bezpečnosti a tím také menší váhu součástek, musíme provádět kontrolu, zda se u těchto součástek nevyskytují povrchové a vnitřní vady, které způsobují menší pevnost, tzn. dochází k praskání, lomům apod. Proto je důležité tyto vady včas zjistit a součásti opravit nebo vyřadit. Vady materiálu: Osové dutiny a trhliny, vměstky - výkovky Zdvojení a trhliny - plechy Trhliny, dutiny, vměstky, - válcovaný nebo tažený tyčový materiál povrchové trhliny a převalky Zdvojení, podélné a příčné trhliny - trubky bezešvé a válcované Dutiny, staženiny, pórovitost, - odlitky vměstky, trhliny Vměstky, póry, studené spoje, - svary neprovařená místa v kořenech, vruby na okraji svarů, trhliny Únavové trhliny - součástky v provozu Přehled zkoušek: Rentgenové záření Gama záření Ultrazvuk Magnetická prášková metoda Kapilární zkoušky Magnetoinduktivní Elektroinduktivní Infračervené záření Termoelektrické Neutronová radiografie Akustické Laserové atd. 3.1 Zkouška magnetickou práškovou metodou Touto metodou se zjišťují trhliny na povrchu nebo těsně pod povrchem součástek z feromagnetického materiálu. Zmagnetizujeme-li ocelovou tyč, např. upnutím mezi póly silného stejnosměrného elektromagnetu, jsou magnetické silové čáry rozloženy v celém průřezu tyče rovnoměrně. Vyskytne-li se v tyči povrchová trhlina, dochází k porušení magnetického toku, siločáry obcházejí trhlinu, část siločar je vytlačena z tyče do okolí, a pod trhlinou ve zbylém průřezu dojde k jejich nahuštění. Rovina trhliny musí být kolmá ke směru magnetického toku, pokud je rovnoběžná se směrem magnetického toku, nahuštění siločar v místě trhliny nevznikne. Jestliže polejeme zmagnetizovanou součástku detekční tekutinou (řídký olej a jemný feromagnetický prášek), přichytne se prášek v místě zvýšeného 49