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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Härte von Metallen und anderen
Stoffen.
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Die Vorrichtung zur. Ausführung des vorliegenden Verfahrens besteht in der Hauptsache aus einem Prüfkörper aus hartem Stoff, welcher derart ausgebildet und belastet ist, dass er einen wenigstens vorübergehenden Eindruck auf der Oberfläche des zu prüfenden Stoffes erzeugt und in diesem Eindruck zum freien Rollen bzw. Schwingen gebracht werden kann.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäss der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt die Vorderansicht, Fig : 2 die Draufsicht, Fig. 3 die Seitenansicht eines Beispieles, Fig. 4,5 und 6 zeigen in grösserem Massstabe Einzelheiten, Fig. 7 zeigt im Schnitt das eine Ende des Neigungsmessers, Fig. 8 zeigt eine Einzelheit in Draufsicht, Fig. 9 und 10 zeigen in Vorderansicht und in Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1-3 ist ader Prüfkörper, b das Belastungsgewicht und c der auf seine Härte zu prüfende Werkstoff. d ist ein Tisch od. dgl., der einstellbar vom Dreifuss e getragen wird. Wenn der zu prüfende Gegenstand selbst als Stütze für die Vorrichtung dienen soll, fallen die Teile cl und e weg. Der Teil b hat ein gekrümmtes Mittelstück und lotrechte Endteile mit seitlichen Fortsätzen, die an ihrer Untersei e
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lage mit dem Krümniungsmittelpunkt von a zusammenfällt. b4 ist ein weiteres Gewicht, von der Gestalt einer Metallscheibe, die auf einer ortsfesten lotrechten Schraubenspindel b5 innerhalb einer Ausnehmung b6 des Gewichtes b gelagert ist.
Beim Drehen der Scheibe b4 wird sie auf und ab entlang der Spindel verstellt, so dass der Schwerpunkt des Pendels b, b4 je nach Erfordernis unterhalb oder oberhalb des Krümmungsmittelpunktes von a zu liegen kommt oder damit zusammenfällt. Die Entfernung des Schwerpunktes des Pendels vom Krümmungsmittelpunkt von. a bildet die Pendellänge, welche für beide Prüfungen dieselbe sein kann. Die Normallänge des Pendels, wenn sein Schwerpunkt unterhalb des Krümmungsmittelpunktes liegt, beträgt etwa 0-1 mm, für weichere Stoffe können grössere Pendellängen benutzt werden. Zur leichten genauen Einstellung des Zusatzgewichtes b4 ist an seinem Umfang ein kreisförmiger Riss (Fig. 1) und in der Ausnehmung b6 eine feste Brücke b7 mit einer Teilung vorgesehen.
Der kreisförmige Riss am Umfang des Gewiohtskörpers ist gemäss Fig. 8 mit fünf Teilstrichen versehen, wobei jeder Teilstrich einer Verstellung des Schwerpunktes des Pendels um O'Ol MMK entspricht. Die Teilstriche der Teilung b7 entsprechen je einer Verstellung um 0 05 mm.
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sein. Um die Kugel in ihrer Lage zu halten, ist ein Futter nach Fig. 4 oder 5 vorgesehen. Gemäss Fig. 4 wird die Kugel durch Reibung in einer etwas schmäleren Öffnung gehalten, während der Schraubenkolben dazu dient, die Kugel, wenn notwendig, herauszustossen. Nach Fig. 5 wird die Kugel zwischen der kegelförmigen Fläche der Futterbohrung und dem unteren Ende der Spindel a2 gestützt. In beiden Fällen ist das Futter in den Teil b eingeschraubt.
Gemäss Fig. 6 sind zwei Prüfkörper nebeneinander mit gemeinsamer Drehungsachse angeordnet.
Dabei kann das Pendel lediglich in einer einzigen Ebene schwingen. Diese Einrichtung ist weniger empfindlieh als die mit einfachem Prüfkörper bzw. sie erfordert eine geringere Pendellänge zur Erzielung der gleichen Empfindlichkeit der Bewegung. Der Teil b kann auch andere Gestalt annehmen und das Heben und Senken des'Schwerpunktes kann durch andere Arbeitsteile als die Scheibe b4 bewerkstelligt werden, z. B. kann das Gewicht als eine gerade Stange mit abwärts verlaufenden Säulen an jedem Ende ausge- bildet sein, an deren jeder ein einstellbares Gewicht befestigt ist.
Der Neigungsmesser ist an der oberen gekrümmten Fläche von b befestigt und besteht aus einer mit Alkohol gefüllten Wasserwage f mit einer Luftblase. Das Rohr ist gekrümmt und wird an beiden
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Schrauben h an b befestigt ist. Beide Enden des Glasrohres sind dicht abgeschlossen, das eine Ende durch das Glas selbst und das andere gemäss Fig. 7 durch einen Gummipfropfen fi, eine Kugel und einen Schraubenzfpfen f3. Diese Einrichtung gestattet eine genaue Einstellung der Luftblase, um die Änderungen des Rauminhalts infolge der Temperaturschwankungen auszugleichen. Oberhalb des Rohres der Wasserwage ist eine Teilung i von 0-100 angeordnet, die willkürlich gewählten Härtezahlen entspricht.
Eine weitere kleinere Wasserwage i ist an der Seite und in rechtem Winkel zu f (Fig. 2) angeordnet, um anzugeben, ob die Hauptebene der Vorrichtung lotrecht ist.
Der Neigungsmesser kann auch als eine halbkreisförmige Platte ausgebildet sein, welche an ihrem gekrümmten Rande geeicht ist und einen Zeiger hat, welcher an Messerkanten gestützt wird und an dem Kopf des Gewichts b schwebt.
Zur Ausführung der Bearbeitungshärteprüfung wird'das Pendel, dessen Schwerpunkt unterhalb des Erümmungsmittelpunktes von a liegt, vorsichtig auf das zu prüfende Stück derart aufgelegt, dass die Schwerachse lotrecht verläuft. Wenn das. Pendel in dieser Stellung nicht verbleibt, weil die schmale Fläche, auf welcher die Kugel aufruht, nicht genau wagrecht verläuft, so wird der Tisch cl verschwenkt,
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Nullstrich bewirkt eine Ausdehnung bzw. Verlängerung des ursprünglichen Eindruckes, so dass, wenn das Pendel freigegeben wird, der Prüfkörper entlang des so verlängerten Eindruckes zurückrollt.
Durch die Schwingungsweite der ersten Schwingung des Pendels nach dem Freilassen vom Nullstrich ist ein genaues Mass für die Härte des Stoffes gegeben. Der Betrag, um welchen die Ablesung auf i geringer als 100 ist, ist ein Mass für die bei der Formänderung des Probestückes verbrauchte Energiemenge. Ist die Fläche, auf welcher der Prüfkörper rollt. sehr hart, so wird sie durch den Prüfkörper nur ganz leicht eingedrückt, der Widerstand beim Rollen ist nur gering und der Verlust der Schwingungsweite ist ebenfalls nur unbedeutend, während bei weicherem Stoff der Prüfkörper sich tiefer einsenkt und stärker eindrÜckt, so dass der Widerstand beim Rollen entsprechend grösser und der Verlust der Schwingungsweite beträchtlicher wird.
Diese Prüfung kann auch in anderer Weise so ausgeführt werden, dass man das Pendel auf das Probestuck derart auflegt, dass sich die Luftblase über dem Nullstrich befindet und es dann freilässt, oder man legt das Pendel auf das Probestück mit der Luftblase bei dem Teilstrich 100 auf. verschwenkt es bis zum Nullstrich und lässt es dann frei.
Bei der Ausführung der Eindruckhärteprüfung wird das Pendel vorsichtig auf das Probestück in im wesentlichen wagrechter Lage aufgelegt, wobei die Luftblase sich etwa bei dem Teilstrich 50 befindet und dann zum Schwingen auf einen kleinen Bogen gebracht. Die Schwingungszeit wird genau gemessen und als Härtezahl die Zeitdauer von z. B. zehn einfachen Schwingungen in Sekunden gewählt. Die Sehwingungszeit hängt von dem Durchmesser des Eindruckes, in der Richtung der Schwingung gemessen, ab.
Damit man bei beiden Prüfungen die Härtezahlen innerhalb der Grenzen von 0-100 erhält, wird die Einstellung des Pendels gewöhnlich derart vorgenommen, dass zehn einfache Schwingungen bei einem sehr harten Stoff, wie z. B. Glas, genau 100 Sekunden entsprechen.
Um die Empfindlichkeit des Pendels bei der Eindruckhärteprüfung zu vergrössern, wird der Schwerpunkt in eine Lage oberhalb des Krümmungsmittelspunktes des Prüfkörpers oder damit zusammenfallend eingestellt, anstatt unterhalb desselben. Dies ist dadurch möglich, dass es sich nicht um Körper von absoluter Festigkeit und absoluter Elastizität handelt, bei welch letzteren der Prüfkörper auf einer absolut glatten und ebenen Fläche aufruhen würde. In Wirklichkeit ist dies jedoch keineswegs der Fall, wie sieh leicht aus vergrösserten photographischen Aufnahmen ersehen lässt, nämlich dass der Prüf- körper tatsächlich in einer Aushöhlung oder einem schüsselartigen Eindruck ruht.
Selbst in dem Falle, dass der Schwerpunkt des ganzen Systems sich im Krümmungsmittelpunkt des Prüfkörpers befindet, ist eine Pendelbewegung durch Schwingen auf der gekrümmten Oberfläche der Aushöhlung oder des Eindruckes möglich. In diesem Eindruck oder gekrümmten Schale wird der Prüfkörper bei der Störung dessen Gleichgewichtslage auf der einen Seitenfläche aufrollen und dadurch den Schwerpunkt der Vorrichtung etwas heben. Schliesslich hört die Bewegung auf, und der Prüfkörper rollt wieder nach abwärts
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zur Ruhe kommt, wenn sich der Prüfkörper wieder in dem Mittelpunkt, d. h. an dem Bodenteil der Schale, einstellt. Die Schwingungszeit eines zusammengesetzten Pendels ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Pendellänge.
Diese Formel trifft jedoch ganz genau nur im Falle, wenn die Vorrichtung auf einer derart harten Fläche aufruht, dass diese nicht nennenswert eingekerbt wird. Im allgemeinen bewirkt die Verkürzung des Pendels eine Verlängerung der Sehwingungszeit und trifft dies besonders bei harten Stoffen zu, während bei weicheren das Pendel annähernd dieselbe Schwingungszeit aufweist, ob es lang oder kurz ist und ob sich sein Schwerpunkt unterhalb, zusammenfallend oder oberhalb des Mittelpunktes des Prüfkörpers befindet.
Bei harten Stoffen, wie gehärteter Stahl, bewirkt die Verkiirzung der Pendellänge auf Null und die Umkehrung allmählich eine Verlängerung der Schwingungszeit, d. h. die Erhöhung der Härtezahl bei der Eindrucksprobe, ferner die Vergrösserung der Empfindlichkeit des Pendels für geringe Härteunter- schiede und eine Vergrösserung des Zahlenunterschiedes zwischen den Härtezahlen der Proben von fast gleicher Härte. Die Handhabung des umgekehrten Pendels muss sehr vorsichtig erfolgen und erfordert sehr sorgfältig vorbereitete Muster. liefert aber ein ausserordentlich empfindliches Verfahren für die Feststellung sehr geringer Härteunterschiede.
Obwohl die Wirksamkeit der Vorrichtung darauf beruht, einen Eindruck oder eine Einkerbung in dem Stoff zu bewirken und diesen Eindruck zu verlängern, ist es nur schwierig, den Eindruck mit unbewaffnetem Auge zu bemerken, so dass die Prüfung bewerkstelligt werden kann, ohne den Gegenstand zu beschädigen. Da ferner die Prüfung ohne Stösse erfolgt, so kann sie auch bei zerbrechlichen und dünnen Gegenständen vorgenommen werden. Bei einer zweckmässigen Ausführungsform der Vorrichtung ist das Belastungsgewicht b etwa 30 ein lang und 2--4 leg schwer ; indessen kann die Grösse und das Gewicht der Vorrichtung beliebig gewechselt werden. Zwecks Erleichterung der Verschwenkung und des Freigebens des Pendels sind kleine Handgriffe k vorgesehen.
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Die Vorrichtung gemäss Fig. 1-3 ist zur Prüfung von Gegenständen geeignet, welche von dem Gewicht b überspannt werden können. Die Vorrichtung nach Fig. 9 und 10 ist für solche Gegenstände bestimmt, die so gross sind, dass sie zwischen den Schenkeln des Gewichtkörpers keine Aufnahme finden.
Bei dieser Ausführungsform ist das Gewicht in Form eines rechtwinkeligen zweiarmigen Hebels ausgebildet, dessen Masse so verteilt ist, dass er sieh beim AufstÜtzen auf dem Prüfkörper im Gleichgewicht befindet. Der Neigungsmesser ist in der Nähe des Scheitels angeordnet und in eine Ausnehmung eingelassen, so dass bei Benutzung der Vorrichtung, z. B. an der inneren Fläche eines Kanonenrohres, die Lage des Neigungsmessers für die Wirksamkeit des Gewichtes nicht störend ist. Das Gewicht wird vorzugsweise aus hohlem Alumimumguss hergestellt und ist an jedem Ende zwecks Bildung von Stiitzflächen abgeschrägt, wobei Stahlplatten an jeder Fussflächc das erforderliche Gegengewicht bilden.
Obwohl das Pendel als vorzugsweises Mittel gewählt ist, um dem Prüfkörper eine rollende Bewegung zu erteilen, können auch andere Mittel verwendet werden, bei welchen die Schwingungen des Prüfkörpers beobachtet oder angezeigt werden können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Bestimmung der Härte von Metallen und andern Stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prüfkörper zum Rollen bzw. Schwingen auf der Oberfläche des zu prüfenden Stoffes veranlasst wird, dessen Härte durch Beobachtung der freien und unbeeinflussten Winkelbewegungen des Prüfkörpers gemessen wird.