Metoda badania mechanicznego żeliwnych szczęk hamulcowych stosowanych w taborze kolejowym (dobór twardościomierza szczęk hamulcowych)

Dobór urządzeń do badań mechanicznych żeliwnych szczęk hamulcowych powinien być zgodny z normą ICS 45.060.20. Norma ta określa, że ​​badanie właściwości mechanicznych dzieli się na dwie części:

1. Próba rozciągania

Badanie należy przeprowadzić zgodnie z postanowieniami normy ISO 6892-1:2019. Wymiary i jakość obróbki próbek do rozciągania powinny spełniać wymagania normy ISO 185:2005.

2.Metoda badania twardości

Badanie należy przeprowadzić zgodnie z normą ISO 6506-1:2014. Próbki twardości należy wyciąć z dolnej połowy oddzielnie odlanego pręta testowego; w przypadku braku pręta testowego należy pobrać jeden klocek hamulcowy, zestrugać z jego boku fragment o długości 6–10 mm i zmierzyć twardość w 4 punktach testowych, a wynik badania stanowić będzie wartość średnia.

Podstawy metody badania twardości

Norma ISO 6506-1:2014 „Materiały metalowe – Badanie twardości Brinella – Część 1: Metoda badania” określa zasadę, symbole i objaśnienia, sprzęt badawczy, próbki, procedury badawcze, niepewność wyników i sprawozdanie z badania dotyczące badania twardości Brinella materiałów metalowych.

2.1 Wybór sprzętu badawczego: Twardościomierz Brinella (zalecany w pierwszej kolejności)

Zalety: Powierzchnia wgniecenia jest duża, co może odzwierciedlać ogólną twardość żeliwa (żeliwo może mieć nierównomierną strukturę), a wyniki są bardziej reprezentatywne.

Nadaje się do żeliwa o średniej i małej twardości (HB 80 – 450), co w pełni pokrywa zakres twardości żeliwnych szczęk hamulcowych.

Operacja jest stosunkowo prosta, a wymagania dotyczące jakości powierzchni próbki są stosunkowo niskie (zwykle wystarcza Ra 1,6 – 6,3 μm).

2.2 Zasada pomiaru twardości Brinella

Zasada działania metody jest następująca: kulka ze stopu twardego (lub hartowanej stali) o średnicy 10 mm jest wciskana w powierzchnię próbki z określoną siłą (np. 3000 kgf). Po zmierzeniu średnicy wgłębienia oblicza się wartość twardości (HBW), aby scharakteryzować odporność materiału na odkształcenia plastyczne. Jej główną zaletą jest wysoka reprezentatywność wyników, które odzwierciedlają makroskopowe charakterystyki twardości materiału. Jest to klasyczna metoda, szeroko stosowana w badaniach wytrzymałościowych materiałów metalowych.

2.3 Symbole i objaśnienia wartości twardości Brinella

Podstawowa definicja wartości twardości Brinella (HBW) to stosunek siły nacisku (F) do powierzchni odcisku (A), której jednostką jest MPa (jednak zazwyczaj jednostka nie jest oznaczana, a używana jest jedynie wartość liczbowa). Wzór obliczeniowy wygląda następująco: HBW = πD(D−D2−d2​)2×0,102×F
Gdzie:

F jest siłą testową (jednostka: N);

D jest średnicą wgłębnika (jednostka: mm);

d jest średnią średnicą wgłębienia (jednostka: mm);

Współczynnik „0,102” jest współczynnikiem przeliczeniowym używanym do przeliczania jednostki siły testowej z kgf na N (jeśli wzór oblicza się bezpośrednio w N, można go uprościć).

Ze wzoru można wywnioskować, że przy tej samej sile nacisku i średnicy wgłębnika, im mniejsza średnica wgłębienia, tym większa odporność materiału na odkształcenia plastyczne i wyższa wartość twardości Brinella; i odwrotnie, im niższa wartość twardości.

Biorąc pod uwagę charakterystykę materiałową szczęk hamulcowych żeliwnych (żeliwa szarego), parametry badania twardości Brinella przedstawiają się zazwyczaj następująco:

Siła testowa (F): Zwykle stosuje się 3000 kgf (29,42 kN), a odpowiadający jej symbol twardości to „HBW 10/3000”.

Uwaga: Jeżeli próbka jest cienka lub materiał jest miękki, siłę badania można dostosować (np. 1500 kgf lub 500 kgf) zgodnie z normą ISO 6506-1:2014, ale należy to zaznaczyć w raporcie z badania.