technologie materiałów budowlanych_s1

advertisement
TECHNOLOGIE MATERIAŁÓW
BUDOWLANYCH
dr inż. Anna Zielińska-Jurek
Katedra Technologii Chemicznej
pok. 026 Ch.A., tel. 58 347 29 37
e-mail: [email protected]
Program zajęć:
Strona domowa Katedry Technologii Chemicznej:
www.technologia.gda.pl (-> zakładka dydaktyka)
Warunki zaliczenia seminarium
• Prace domowe: 40 punktów
• Aktywność na zajęciach: 60 punktów
• Przygotowanie do zajęć: 100 punktów
SUMA 200 punktów
Zaliczenie: >120 punktów (60%)
Obecność na zajęciach seminaryjnych jest obowiązkowa!!!
Właściwości techniczne materiałów
i wyrobów budowlanych
Właściwości fizyczne:
Właściwości mechaniczne:
Właściwości chemiczne:
• gęstość
• szczelność
• porowatość
• wilgotność
• nasiąkliwość
• higroskopijność
• przewodność cieplna
• ogniotrwałość
• rozszerzalność cieplna
• pęcznienie
• kurczliwość
• wytrzymałość na ściskanie
• wytrzymałość na rozciąganie
• wytrzymałość na zginanie
• twardość
• sprężystość
• plastyczność
• ścieralność
• kruchość
• pełzanie
• odporność na uderzenia
• ciągliwość
• twardnienie zaprawy
• korozja materiałów
• reaktywność np. wapna
• proces wiązania spoiw
• odporność na siarczany
• toksyczność
• radioaktywność
Właściwości fizyczne
1. gęstość – jest to stosunek masy materiału do jego objętości bez
porów
gęstość objętościowa – jest to masa jednostki objętości materiału wraz
z zawartymi w niej porami (w stanie naturalnym)
gdzie: m – masa suchej próbki materiału, kg
Vo – objętość próbki materiału wraz z porami (w stanie naturalnym), m³
Wartość gęstości objętościowej zależy od struktury materiału.
Szkło, stal i bitumy mają te wartości równe. Gęstość objętościowa
materiałów budowlanych zawiera się w granicach od 20 kg/m3 dla
niektórych materiałów izolacyjnych do 7850 kg/m3 dla stali.
Wartości gęstości i gęstości objętościowej niektórych materiałów budowlanych
Wg „Budownictwo ogólne – materiały i wyroby budowlane – tom 1”, Arkady, Warszawa 2005 r.
(mw)
Znajomość gęstości pozornej (objętościowej) pozwala orientacyjnie
ocenić przydatność materiałów do poszczególnych elementów budowli.
Daje to możliwość przybliżonego określenia innych właściwości materiału,
jak wytrzymałości, przewodności cieplnej.
Właściwości fizyczne
gęstość nasypowa – masa jednostki objętości materiału
sypkiego w stanie luźnym
Do oznaczania jej stosuje się objętościomierze o różnej
pojemności naczyń pomiarowych (najczęściej cylindrów
metalowych), zależnie od rodzaju kruszywa. Warunki
techniczne oznaczania gęstości nasypowej określa norma PNEN 1097-3:1998.
Badanie cech fizycznych materiałów
i wyrobów budowlanych
GĘSTOŚĆ ρ {grecka litera „ro”}
Oznaczenie gęstości można wykonać – zależnie od stopnia
wymaganej dokładności: w piknometrze (pomiar dokładny
wg PN-EN 1097-7:2001) lub w objętościomierzu
Le Chatelier’a (pomiar przybliżony)
1.
Badanie polega na umieszczeniu próbki proszku w dokładnie
wysuszonym i zważonym piknometrze, którym jest kolba miarowa
o znanej objętości np.: 10, 25 lub 50 cm3.
2.
Do piknometru wprowadza się proszek np. do 2/3 objętości
i waży, a następnie wolną objętość napełnia cieczą, zwilżającą
proszek i jednocześnie chemicznie obojętną w stosunku do niego.
3.
Piknometr z proszkiem i cieczą ponownie waży się, lub określa się
ilość cieczy wypartej przez proszek.
PIKNOMETR
4.
Z wyników ważenia ustala się masę proszku w piknometrze i
zajmowaną przez proszek objętość ( do obliczeń konieczna jest
znajomość gęstości cieczy). Dzieląc jedno przez drugie (masę
przez objętość) wyznacza się gęstość piknometryczną.
Przebieg oznaczania (badania) gęstości w aparacie
Le Chatelier’a
Odłupywanie, zbieranie kawałków (okruchy) materiału, ok. 500 g;
Rozcieranie na proszek i przesiewanie przez sito tkane (0,5 mm);
wymieszanie i kwartowanie (ćwiartowanie) do ok. 130 g proszku;
Ponowne rozdrobnienie tak, aby całość przeszła przez sito 0,08 mm;
suszenie w parownicy w temp. 105 – 110 oC do stałej masy;
Ostygnięty proszek jest ważony i wsypywany do aparatu
Le Chatelier’a napełnionego benzenem lub spirytusem skażonym;
7. Ciecz przed wsypaniem proszku powinna sięgać poziomu zerowego;
8. Proszek wsypujemy tak długo, aż ciecz osiągnie poziom 20 cm3;
9. Pozostałą część proszku waży się i z różnicy mas określa się ilość
proszku wsypanego do objętościomierza;
10. Ze stosunku masy wsypanego proszku do jego objętości „absolutnej”
wyznacza się wartość gęstości;
11. Wykonywane są dwa badania, zaś wynikiem badania jest średnia
arytmetyczna z dwóch oznaczeń;
12. Różnica między wynikami dwóch oznaczeń nie może przekraczać
0,02 g/cm3.
24 cm3
20 cm3
0 cm3
objętościomierz
Le Chatelier’a
250
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Właściwości fizyczne
2. Szczelność - określa, jaką część całkowitej objętości
badanego materiału zajmuje masa materiału bez porów.
Wyraża się ją wzorem:
gdzie: ρo – gęstość objętościowa [kg/m3],
ρ – gęstość [kg/m3]
2. Porowatość
– jest to liczba określająca zawartość wolnych
przestrzeni (porów) w jednostce objętości materiału
Właściwości fizyczne
Porowatość i szczelność materiałów mają duże znaczenie,
decydują bowiem o takich cechach jak: wytrzymałość,
mrozoodporność,
właściwości
izolacyjne,
cieplne,
dźwiękochłonne. Porowatość materiałów budowlanych zawiera
się w granicach od 0% (szkło, bitumy, metale) do 95% (wełna
mineralna, pianka poliuretanowa itp.)
Filtry porowate do
oczyszczania wody
Płyta pilśniowa
porowata lekka
Silna porowatość powoduje dużą
chłonność wody materiałów
budowlanych takich jak: cegła
zwykła, wapienno-piaskowa.
Właściwości fizyczne
3. Wilgotność - zawartość wody w materiale (w danej chwili),
określa się ją wzorem:
gdzie:
mw – masa próbki materiału w stanie wilgotnym (w danej chwili)
[kg],
ms – masa próbki materiału w stanie suchym (kiedy kolejne ważenia
w odstępach dobowych nie wykazują różnic – wysuszonej do stałej
masy) [kg]
Temperatura suszenia większości materiałów wynosi 100-150°C,
wyrobów gipsowych 70°C, a niektórych tworzyw sztucznych
termoplastycznych poniżej 50°C. Wilgotność ma ogromny wpływ na
przewodność cieplną materiału, która znacznie wzrasta w miarę
wzrostu wilgotności.
Właściwości fizyczne
4.
Nasiąkliwość - zdolność pochłaniania wody przez materiał przy ciśnieniu
atmosferycznym.
•
nasiąkliwość wagowa (masowa) - jest to stosunek masy wchłoniętej wody
do masy próbki materiału suchego
gdzie: mn – masa próbki materiału w stanie nasycenia wodą, kg,
ms – masa próbki materiału w stanie suchym, kg.
•
nasiąkliwość objętościowa - jest to stosunek masy wchłoniętej wody do
objętości próbki materiału suchego
V – objętość próbki materiału suchego, m³,
Właściwości fizyczne - nasiąkliwość
• Sposób nasycenia materiału wodą zależy przede wszystkim od rodzaju
materiału i typu porów.
• Dla materiałów drobnoporowatych, takich jak np. materiały kamienne
(skały magmowe) i wyroby ceramiczne, nasycenie odbywa się przez
stopniowe zanurzenie w wodzie, tak aby nie zamknąć powietrza w porach
materiału.
• Nasiąkliwość materiałów budowlanych waha się od 0 % masy (szkło,
metale) do powyżej 200 % masy (drewno lub niektóre materiały porowate).
• Nasycone wodą materiały mają mniejszą wytrzymałość na ściskanie niż
próbki suche, większą gęstość objętościową, a niektóre zwiększają również
objętość (np. drewno).
Właściwości fizyczne
5.
Higroskopijność – zdolność materiału do szybkiego wchłaniania pary
wodnej z otaczającego go powietrza
Najbardziej higroskopijny materiał – chlorek wapnia CaCl2
Najmniej higroskopijny materiał – wyroby ceramiczne
6.
Mrozoodporność – odporność materiału na działanie niskich
temperatur (podczas wielokrotnego zamrażania i odmrażania materiału)
Pomiar mrozoodporności:
• Próbki materiałów budowlanych nasyca się wodą przez okres nie krótszy niż
24 godziny, po czym zamraża przez 4 godziny.
• W zależności od badanego materiału temperatura zamrażania waha się w
przedziale od -25°C do -15°C.
• Następnie próbki wkłada się do wody na okres 2-4 godzin celem rozmrożenia.
Proces zamrożenia i rozmrożenia stanowi jeden cykl badawczy. Takich cykli
należy przy ocenie odporności mrozowej materiału budowlanego wykonać
każdorazowo od 20 w przypadku betonu, cegły ceramicznej, do 50 w
przypadku płytek kamionkowych elewacyjnych.
Właściwości fizyczne
7. Przewodność cieplna – zdolność materiału do przekazywania ciepła
z jednej jego powierzchni do drugiej w wyniku różnicy temperatur tych
powierzchni.
Określa ją współczynnik przewodzenia ciepła λ, który jest ilością ciepła
przechodzącą przez powierzchnię 1m2 materiału grubości 1m w ciągu 1
godziny, przy różnicy temperatur 1K. Zależy od zawartości porów i
wilgotności materiału
Badanie i określanie współczynnika przewodzenia ciepła materiału jest
wykonywane zgodnie z normami: PN ISO 8301 i PN ISO 8302 Izolacja
cieplna - Określanie oporu cieplnego i właściwości z nim związanych w
stanie ustalonym – Aparat płytowy z osłoniętą płytą grzejną oraz PN ISO
10456 Określanie deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych.
Współczynnik przewodzenia
termicznej np. styropian
Wartość współczynnika zależy od gęstości
ciepła
materiałów
izolacji
Wartość współczynnika zależy od temperatury
Współczynnik przewodzenia ciepła materiału
budowlanego:
• Skąd można wziąć wartość λ ?
• z tablic
• pomiarowy (pomiar w aparacie płytowym)
•
deklarowany przez producenta, zgodnie z PN –EN 10456 : 2008,
(Wartość oczekiwana, kwantyl 90% i poziom ufności 90 %)
•
obliczeniowy, zgodnie z PN –EN 10456 : 2008 (konwersja z uwagi na
temperaturę wilgotność, starzenie materiału)
Zasadniczy wpływ na przewodność cieplną materiału ma jego
porowatość.
• Oprócz porowatości i gęstości, wpływ na przewodność cieplną
materiału ma jego wilgotność. Wraz ze wzrostem wilgotności
szybko wzrasta przewodzenie ciepła.
• W praktyce budowlanej przy określaniu właściwości
izolacyjnych przegród należy więc uwzględniać rzeczywisty
stan wilgotnościowy materiałów oraz temperatury
Właściwości fizyczne
8. Rozszerzalność cieplna – właściwość materiału wyrażająca
się zmianą wymiarów pod wpływem wzrostu temperatury
9. Toksyczność – zdolność wydzielania przez materiały
szkodliwych gazów, oparów i dymów w podwyższonej
temperaturze
10. Pojemność cieplna – zdolność do pochłaniania
i kumulowania ciepła przez materiał w czasie jego
ogrzewania. Miarą jej jest ilość ciepła potrzebna do ogrzania
1m3 materiału o 1K.
Z wyznaczenia pojemności cieplnej materiałów korzysta się w
celu określenia wytrzymałości cieplnej ścian i dachów.
Wyznaczanie pojemności cieplnej materiałów budowlanych
• W celu zbadania, jak emitowana jest nagromadzona energia cieplna w czasie
stygnięcia różnych materiałów wykorzystywanych w budownictwie, wykonano
pewien eksperyment.
• Przygotowano dziesięć próbek o wymiarach 4 x 4 x 16 cm (± 0,2 cm) z różnych
materiałów budowlanych: stal, beton komórkowy, cegła wapienno-piaskowa, cegła
ceramiczna, cegła szamotowa, cztery betony z kruszywem żwirowym (na cemencie
portlandzkim i na cemencie glinowym) oraz betony z kruszywem z odpadów
ceramiki sanitarnej (na cemencie portlandzkim i na cemencie glinowym), a także
granit.
• Próbki w większości przygotowano przez wycięcie z gotowych
• elementów budowlanych (bloczki, cegły, kostki brukowe). Próbki betonowe
zaformowano w formach stalowych.
• Próbki umieszczono w suszarce laboratoryjnej,
ustawiając jej maksymalną temperaturę pracy 230°C.
Wyznaczanie pojemności cieplnej materiałów budowlanych
Temperaturę na powierzchni kolejnych próbek badano przy użyciu
termometru elektronicznego przez przyłożenie czujnika do powierzchni
próbki w połowie jej długości.
Próbki pomimo jednakowych rozmiarów oraz pozostawania w jednakowych
warunkach cieplnych po wyjęciu z suszarki miały różne temperatury.
Najwyższą temperaturę wykazywała próbka ze stali (122,2°C), natomiast
najniższą - próbka z betonu komórkowego (76,8°C).
Właściwości mechaniczne
1. Wytrzymałość na ściskanie – największe naprężenie, jakie wytrzymuje
próbka badanego materiału podczas ściskania do momentu jej skruszenia
określana jest wzorem:
gdzie: Fn – siła ściskająca (niszcząca) próbkę, [N],
A – przekrój poprzeczny próbki ściskanej, prostopadły do kierunku działania
siły, [m2] Uwaga: 1 MN/m2 = 1 MPa
• Badanie wytrzymałości na ściskanie polega na przyłożeniu obciążenia, którego
konsekwencją jest przybliżenie cząstek ciała do siebie.
• Wartość liczbowa tej wytrzymałości stanowi iloraz siły ściskającej, która
spowodowała zniszczenie struktury materiału i powierzchni, na którą działa siła
ściskająca.
• Próbki do badania wytrzymałości na ściskanie mają kształt sześcianów,
prostopadłościanów lub walców.
• Wartość wytrzymałości na ściskanie materiałów budowlanych waha się w
szerokich granicach: od 0,5 MPa – dla płyt torfowych, do 1000 MPa (1GPa) i
więcej – dla wysokogatunkowej stali.
2. Wytrzymałość na rozciąganie – największe naprężenie, jakie
wytrzymuje próbka badanego materiału podczas rozciągania
• Badanie wytrzymałości materiałów na rozciąganie polega na przyłożeniu
siły, której konsekwencją jest oddalanie cząstek ciała od siebie.
• Wartość liczbowa wytrzymałości na rozciąganie stanowi iloraz siły
rozciągającej powodującej rozerwanie materiału i powierzchni przekroju
poprzecznego, na którą działa siła.
gdzie:
Fr – siła rozciągająca (zrywająca), [N]
A – przekrój poprzeczny próbki rozciągającej, prostopadły do
kierunku działania siły, [m2].
Badane próbki mają różny (specjalny) kształt, zależny od rodzaju materiału,
np. stal budowlana – pręty; drewno – wiosełka; zaczyny i zaprawy – ósemki o
wymiarach 22,5 x 22,5 x 78,0 mm (PN-85/B-04500). Taki kształt próbek
zapewnia rozerwanie próbki w miejscu o najmniejszym, dokładnie
mierzalnym przekroju.
Wartość wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie niektórych materiałów budowlanych
3. Wytrzymałość na zginanie – naprężenie jakie wytrzymuje próbka
badanego materiału podczas zginania do momentu jej złamania
Wartość liczbowa wytrzymałości na zginanie stanowi iloraz niszczącego
momentu zginającego do wskaźnika wytrzymałości przekroju elementu
zginanego.
M – moment zginający, [N·m],
W – wskaźnik wytrzymałości, [m3]
Moment zginający wyznacza się w zależności od sposobu obciążenia belki.
Jeśli siła (skupiona) niszcząca działa w środku rozpiętości (belki) badanej
próbki między dwoma podporami, moment zginający M wynosi:
w którym: F – siła niszcząca, [N],
podporami, [m].
l – rozpiętość próbki między
Wytrzymałość na zginanie
• Jeśli natomiast na belkę (badaną próbkę) działa obciążenie ciągłe o
wartości q [N/m] to wartość momentu zginającego wyznacza się wzorem:
gdzie: q – obciążenie ciągłe próbki materiału, [N/m], l – rozpiętość belki
między podporami, [m].
• W wypadku beleczki o przekroju prostokątnym, wskaźnik wytrzymałości W
oblicza się wg wzoru:
w którym: b – szerokość beleczki, [cm], (m);
[cm], (m).
h – wysokość beleczki,
Wytrzymałość na zginanie
• Przy oznaczaniu wytrzymałości na zginanie zniszczenie
materiałów zwykle zaczyna się w dolnej rozciąganej strefie.
Jest to wynikiem tego, że w większości materiałów (poza stalą
i drewnem) wytrzymałość na ściskanie jest większa niż
wytrzymałość na rozciąganie.
• Duża wytrzymałość na zginanie charakteryzuje materiały o
wysokiej wytrzymałości zarówno na ściskanie, jak i na
rozciąganie. Do tej grupy należą: drewno, stal, aluminium.
Dlatego dobrze pracują w konstrukcjach belki z tego rodzaju
materiału.
Właściwości mechaniczne
4. Twardość – odporność materiału na odkształcenie trwałe, wywołane
wciskaniem w jego powierzchnię innego materiału o większej
twardości. Im większa jest twardość, tym materiał jest trudniejszy w
obróbce, a także odporniejszy na zarysowania powierzchni i zużycie
pod wpływem działań mechanicznych.
5. Sprężystość – zdolność materiału do przyjmowania pierwotnej
postaci po usunięciu siły, która spowodowała zmianę jego kształtu
6. Plastyczność – zdolność materiału do zachowania odkształceń
trwałych, wywołanych przyłożeniem sił zewnętrznych mimo usunięcia
tych obciążeń
7. Kruchość – stosunek wytrzymałości na rozciąganie do wytrzymałości
na ściskanie
Właściwości mechaniczne
8. Ścieralność – podatność materiału do zmniejszenia
objętości lub masy pod wpływem działania sił
ścierających
9. Pełzanie – wzrost odkształceń plastycznych materiału
bez zmiany wartości działającej siły zewnętrznej, ma
duży wpływ na wytrzymałość materiałów
10. Ciągliwość – zdolność materiału do odkształcania się,
bez zerwania, a tylko przy zmniejszaniu się przekroju
11. Udarność (odporność na uderzenia) – mierzy się
pracą potrzebną do stłuczenia lub przełamania próbki
Ćwiczenie 1
Wymienione właściwości:
• gęstość, twardość, porowatość, sprężystość
wytrzymałość na ściskanie, higroskopijność,
udarność, toksyczność, pojemność cieplna,
mrozoodporność
podziel na: fizyczne, mechaniczne i podaj ich
definicję.
Badanie cech mechanicznych materiałów
i wyrobów budowlanych – twardość
• Twardość jest miara odporności materiału ( ciała stałego)
przeciw lokalnym odkształceniom trwałym, powstałym na
powierzchni badanego przedmiotu wskutek wciskania w nią
drugiego
twardszego
ciała
zwanego
wgłębnikiem.
Wgłębnikiem jest zazwyczaj kulka stalowa albo stożek lub
ostrosłup.
• Można wyróżnić następujące metody badań twardości:
• metoda ryskowa
• metody statyczne
• metody dynamiczne
Metoda Mohsa
• Metoda Mohsa - inaczej nazywana metodą ryskową, jest jedną
z najstarszych metod i polega na przyrównywaniu twardości
badanego materiału do twardości wybranych minerałów.
• Zaproponowana została przez Mohsa, który wybranym
minerałom przyporządkował kolejne liczby od 1 do 10
• Tworzą one skalę twardości minerałów.
• O tym który minerał reprezentuje większą twardość decyduje
możliwość jego zarysowania.
Quiz 1
• Ułóż następujące minerały zgodnie ze
skalą twardości Mohsa oraz podaj
wzór chemiczny każdego z minerałów:
kwarc, korund, talk, fluoryt,
diament, topaz, gips, apatyt,
kalcyt, ortoklaz
Skala Mohsa
Twardość
Minerał wzorcowy
Wzór chemiczny
Twardość
absolutna
1
Talk
Mg3Si4O10(OH)2
1
2
Gypsum
CaSO4·2H2O
3
3
Calcite
CaCO3
9
4
Fluorite
CaF2
21
5
Apatite
Ca5(PO4)3(OH–,Cl–,F–
48
6
Orthoclase Feldspar
KAlSi3O8
72
7
Quartz
SiO2
100
8
Topaz
Al2SiO4(OH–,F–)2
200
9
Corundum
Al2O3
400
10
Diament
C
1600
Zdjęcie
Skala Mohsa
Twardość
Minerał wzorcowy
Wzór chemiczny
Twardość
absolutna
1
Talk
Mg3Si4O10(OH)2
1
2
Gips
CaSO4·2H2O
3
3
Kalcyt
CaCO3
9
4
Fluoryt
CaF2
21
5
Apatyt
Ca5(PO4)3(OH–,Cl–,F–
48
6
Ortoklaz
KAlSi3O8
72
7
Kwarc
SiO2
100
8
Topaz
Al2SiO4(OH–,F–)2
200
9
Korund
Al2O3
400
10
Diament
C
1600
Zdjęcie
Skala Mohsa
Twardość
Minerał wzorcowy
Wzór chemiczny
Twardość
absolutna
1
Talk
Mg3Si4O10(OH)2
1
2
Gips
CaSO4·2H2O
3
3
Kalcyt
CaCO3
9
4
Fluoryt
CaF2
21
5
Apatyt
Ca5(PO4)3(OH–,Cl–,F–
48
6
Ortoklaz
KAlSi3O8
72
7
Kwarc
SiO2
100
8
Topaz
Al2SiO4(OH–,F–)2
200
9
Korund
Al2O3
400
10
Diament
C
1600
Zdjęcie
Skala Mohsa
Twardość
Minerał wzorcowy
Wzór chemiczny
Twardość
absolutna
1
Talk
Mg3Si4O10(OH)2
1
2
Gips
CaSO4·2H2O
3
3
Kalcyt
CaCO3
9
4
Fluoryt
CaF2
21
5
Apatyt
Ca5(PO4)3(OH–,Cl–,F–
48
6
Ortoklaz
KAlSi3O8
72
7
Kwarc
SiO2
100
8
Topaz
Al2SiO4(OH–,F–)2
200
9
Korund
Al2O3
400
10
Diament
C
1600
Zdjęcie
Skala Mohsa
Twardość
(skala
Mohsa)
Minerał wzorcowy
Wzór chemiczny
Twardość
absolutna
1
Talk
Mg3Si4O10(OH)2
1
2
Gips
CaSO4·2H2O
3
3
Kalcyt
CaCO3
9
4
Fluoryt
CaF2
21
5
Apatyt
Ca5(PO4)3(OH–,Cl–,F–)
48
6
Ortoklaz
KAlSi3O8
72
7
Kwarc
SiO2
100
8
Topaz
Al2SiO4(OH–,F–)2
200
9
Korund
Al2O3
400
10
Diament
C
1600
Zdjęcie
Badanie cech mechanicznych materiałów
i wyrobów budowlanych – twardość wg skali Mohsa
Twardość
(skala
Minerał wzorcowy
Mohsa)
Wzór chemiczny
Twardość
absolutna
1
Talk
Mg3Si4O10(OH)2
1
2
Gips
CaSO4·2H2O
3
3
Kalcyt
CaCO3
9
4
Fluoryt
CaF2
21
5
Apatyt
Ca5(PO4)3(OH–,Cl–,F–
)
48
6
Ortoklaz
KAlSi3O8
72
7
Kwarc
SiO2
100
8
Topaz
Al2SiO4(OH–,F–)2
200
9
Korund
Al2O3
400
10
Diament
C
1600
Zdjęcie
Metody statyczne
W metodach tych twardość materiału określa się w zależności
od wartości siły obciążającej wgłębnik i wielkości odkształcenia
trwałego wywołanego działaniem tej siły.
Do najbardziej rozpowszechnionych metod statycznych zalicza
się metody:
1. Brinella,
2. Rockwella
3. Vickersa.
Wybór metody zależy od twardości badanego materiału oraz
od grubości badanego elementu lub badanej warstwy.
Makrotwardość a mikrotwardość
1. Materiały mogą być badane na makrotwardość mikrotwardość.
2. Przy badaniu makrotwardości określa się twardość materiału jako
całości, natomiast przy badaniach mikrotwardości określa się
twardość poszczególnych składników strukturalnych danego
materiału.
3. Próby mikrotwardości stosowane są również ze względu na
konieczność pomiaru twardości elementów o bardzo małych
wymiarach takich jak:
• druty o średnicach rzędu 0.1 mm,
• żyletki w przekroju poprzecznym,
• cienkie warstwy galwaniczne, nawęglane, azotowane
4. Wśród badan mikrotwardości można wymienić metodę Vickersa
Metoda Vickersa
Metoda pomiaru twardości sposobem Vickersa (PN-EN ISO 6507-1:1999)
[7] polega na wciskaniu w próbkę diamentowego wgłębnika w kształcie
ostrosłupa o podstawie kwadratu i kącie wierzchołkowym 136° z
określoną siłą oraz zmierzeniu długości przekątnych d1 i d2 powstałego
odcisku, po usunięciu obciążenia
Metoda Vickersa
Twardość Vickersa jest oznaczona symbolem HV
poprzedzonym wartością twardości, po którym następuje
liczba określająca siłę obciążającą oraz warunkowo czas jej
działania np.
• 640HV30 - oznacza twardość Vickersa 640 mierzona przy sile
obciążającej 294,2N działającej w czasie od 10 s do15 s
• 640HV30/20 - oznacza twardość Vickersa 640 mierzona przy
sile obciążającej 294,2N działającej w czasie od 20 s
Wartości sił obciążających w metodzie Vickersa
• Metoda pomiaru twardości Vickersa wykazuje szereg
zalet, do których zalicza sie:
• możliwość pomiarów twardości materiałów miękkich i
twardych przy użyciu jednej skali,
• możliwość pomiaru twardości przedmiotów małych i
cienkich warstw utwardzonych,
• przedmiot nie ulega zniszczeniu
• Wadą tej metody jest natomiast jej nieprzydatność w
pomiarach twardości materiałów niejednorodnych.
Metoda Rockwella
Pomiar twardości metodą Rockwella polega na dwustopniowym
wciskaniu w badany materiał prostopadle do jego powierzchni
wgłębnika siłą wstępną F0, a następnie siłą główną F1.
Miarą twardości jest trwały przyrost
głębokości odcisku 4 pod działaniem
określonej siły wstępnej, po usunięciu
głównej siły obciążającej.
1-głebokosc odcisku pod wpływem wstępnej siły obciążającej F0, 2-głebokosc odcisku pod wpływem
głównej siły obciążającej F1, 3- sprężysty powrót po usunięciu głównej siły obciążającej F1, 4-trwały
przyrost głębokości odcisku h, 5-powierzchnia próbki, 6-płaszczyzna odniesienia, 7-pozycja wgłębnika
•
•
•
•
•
•
Zalety:
bardzo szybki odczyt
twardości i znikome uszkodzenia badanego elementu,
do kontroli części hartowanych w masowej produkcji.
możliwość pomiarów twardości materiałów zarówno miękkich jak
i twardych
Wady
różnorodność skal pomiarowych
małe odciski wgłębników w tej metodzie nie pozwalają na
pomiary twardości materiałów niejednorodnych.
Metody dynamiczne
Dynamiczne pomiary twardości wykonywane są znacznie rzadziej niż statyczne.
Bezpośrednią przyczyną takiej sytuacji jest ich mniejsza dokładność.
• Wykorzystuje sie je przeważnie dla celów kontroli pracy i jakości materiałów.
Dynamiczny pomiar twardości polega na udarowym działaniu wgłębnika na
badaną powierzchnię.
• Wyróżnić tu można metodę Shore’a oraz metodę porównawczą za pomocą młotka
Poldi’ego
• Metoda Shore’a polega na pomiarze wysokości odbicia od badanego materiału
swobodnie spadajacego z określonej wysokości ciężarka stalowego o masie 2.626 g
zakończonego twardym wgłębnikiem.
• Jest ona najczęściej stosowana do pomiaru twardości gumy
• Ze wzgledu na krótki czas pomiaru znalazła ona zastosowanie w masowym
pomiarze twardości małych przedmiotów.
Ćwiczenie 2
Poszczególne właściwości minerałów i skał
dopasuj z ich podanym opisem, podaj wzór
chemiczny związku oraz określ stopień
twardości wg skali Mohsa
Download