Metóda mechanického skúšania liatinových brzdových čeľustí používaných v železničných koľajových vozidlách (výber tvrdomera brzdových čeľustí)

Výber mechanického skúšobného zariadenia pre liatinové brzdové čeľuste musí byť v súlade s normou: ICS 45.060.20. Táto norma špecifikuje, že skúšky mechanických vlastností sú rozdelené na dve časti:

1. Skúška ťahom

Musí sa vykonať v súlade s ustanoveniami normy ISO 6892-1:2019. Rozmery a kvalita spracovania ťahových vzoriek musia spĺňať požiadavky normy ISO 185:2005.

2. Metóda testovania tvrdosti

Musí sa vykonať v súlade s normou ISO 6506-1:2014. Vzorky na meranie tvrdosti sa vyrežú zo spodnej polovice samostatne odlievanej skúšobnej tyče; ak skúšobná tyč nie je, odoberie sa jedna brzdová čeľusť, z jej boku sa odreže 6 mm – 10 mm a tvrdosť sa zmeria v 4 skúšobných bodoch, pričom výsledkom skúšky je priemerná hodnota.

Základ metódy skúšania tvrdosti

Norma ISO 6506-1:2014 „Kovové materiály – Skúška tvrdosti Brinellom – Časť 1: Skúšobná metóda“ špecifikuje princíp, symboly a vysvetlenia, skúšobné zariadenie, vzorky, skúšobné postupy, neistotu výsledkov a skúšobný protokol pre skúšku tvrdosti kovových materiálov Brinellom.

2.1 Výber testovacieho zariadenia: Brinell tvrdomer (odporúča sa ako prvý)

Výhody: Vtlačená plocha je veľká, čo môže odrážať celkovú tvrdosť liatinového materiálu (liatina môže mať nerovnomernú štruktúru) a výsledky sú reprezentatívnejšie.

Je vhodný pre liatinu so strednou a nízkou tvrdosťou (HB 80 – 450), čo plne pokrýva rozsah tvrdosti liatinových brzdových čeľustí.

Operácia je relatívne jednoduchá a požiadavky na povrchovú úpravu vzorky sú relatívne nízke (vo všeobecnosti postačuje Ra 1,6 – 6,3 μm).

2.2 Princíp Brinellovho testu tvrdosti

Princíp možno zhrnúť takto: Guľôčka z tvrdej zliatiny (alebo guľôčka z kalenej ocele) s priemerom 10 mm sa vtlačí do povrchu vzorky pôsobením určitej skúšobnej sily (napríklad 3000 kgf). Po zmeraní priemeru vtlačku sa vypočíta hodnota tvrdosti (HBW), ktorá charakterizuje schopnosť materiálu odolávať plastickej deformácii. Jej hlavnou výhodou je vysoká reprezentatívnosť výsledkov, ktoré môžu odrážať makroskopické charakteristiky tvrdosti materiálu. Je to klasická metóda, ktorá sa široko používa pri testovaní výkonnosti kovových materiálov.

2.3 Symboly a vysvetlenia hodnoty tvrdosti podľa Brinella

Základná definícia hodnoty tvrdosti podľa Brinella (HBW) je: pomer skúšobnej sily (F) k ploche vtlačeného povrchu (A) s jednotkou MPa (zvyčajne však jednotka nie je označená a používa sa iba číselná hodnota). Výpočtový vzorec je nasledujúci: HBW=πD(D−D2−d2​)2×0,102×F
Kde:

F je skúšobná sila (jednotka: N);

D je priemer vtlačovacieho telieska (jednotka: mm);

d je priemerný priemer vtlačku (jednotka: mm);

Koeficient „0,102“ je prepočítavací faktor používaný na prevod jednotky testovacej sily z kgf na N (ak sa vypočíta priamo v N, vzorec sa dá zjednodušiť).

Z vzorca vyplýva, že pri rovnakej testovacej sile a priemere vtlačovacieho telieska platí, že čím menší je priemer vtlačenia, tým silnejšia je schopnosť materiálu odolávať plastickej deformácii a tým vyššia je hodnota tvrdosti podľa Brinella; naopak, tým nižšia je hodnota tvrdosti.

Podľa materiálových charakteristík brzdových čeľustí z liatiny (sivá liatina) sú parametre skúšky tvrdosti podľa Brinella zvyčajne nasledovné:

Skúšobná sila (F): Vo všeobecnosti sa používa 3000 kgf (29,42 kN) a zodpovedajúci symbol tvrdosti je „HBW 10/3000“.

Poznámka: Ak je vzorka tenká alebo materiál mäkký, skúšobnú silu je možné upraviť (napríklad 1500 kgf alebo 500 kgf) v súlade s normou ISO 6506-1:2014, ale toto musí byť uvedené v skúšobnom protokole.