Metoda mechanického zkoušení litinových brzdových čelistí používaných v kolejových vozidlech (Výběr tvrdoměru brzdových čelistí)

Výběr mechanického zkušebního zařízení pro brzdové čelisti z litiny musí splňovat normu: ICS 45.060.20. Tato norma specifikuje, že zkoušky mechanických vlastností jsou rozděleny do dvou částí:

1. Zkouška tahem

Musí být provedeno v souladu s ustanoveními normy ISO 6892-1:2019. Rozměry a kvalita zpracování tahových vzorků musí splňovat požadavky normy ISO 185:2005.

2. Metoda testování tvrdosti

Musí být provedeno v souladu s normou ISO 6506-1:2014. Vzorky tvrdosti se vyříznou ze spodní poloviny samostatně odlité zkušební tyče; pokud zkušební tyč neexistuje, odebere se jedna brzdová čelist, z její strany se ohobluje 6 mm – 10 mm a tvrdost se změří ve 4 zkušebních bodech, přičemž výsledkem zkoušky je průměrná hodnota.

Základ metody zkoušení tvrdosti

Norma ISO 6506-1:2014 „Kovové materiály – Zkouška tvrdosti dle Brinella – Část 1: Zkušební metoda“ specifikuje princip, symboly a vysvětlení, zkušební zařízení, vzorky, zkušební postupy, nejistotu výsledků a zkušební protokol pro zkoušku tvrdosti kovových materiálů dle Brinella.

2.1 Výběr zkušebního zařízení: Tvrdoměr Brinell (doporučeno jako první)

Výhody: Vtlačená plocha je velká, což může odrážet celkovou tvrdost litiny (litina může mít nerovnoměrnou strukturu) a výsledky jsou reprezentativnější.

Je vhodný pro litiny střední a nízké tvrdosti (HB 80 – 450), což plně pokrývá rozsah tvrdosti brzdových čelistí z litiny.

Operace je relativně jednoduchá a požadavky na povrchovou úpravu vzorku jsou relativně nízké (obecně postačuje Ra 1,6 – 6,3 μm).

2.2 Princip zkoušky tvrdosti Brinellem

Princip lze shrnout následovně: Kulička z tvrdé slitiny (nebo kalené oceli) o průměru 10 mm se vtlačí do povrchu vzorku určitou zkušební silou (například 3000 kgf). Po změření průměru vtisku se vypočítá hodnota tvrdosti (HBW), která charakterizuje schopnost materiálu odolávat plastické deformaci. Její hlavní výhoda spočívá ve vysoké reprezentativnosti výsledků, která může odrážet makroskopické charakteristiky tvrdosti materiálu. Jedná se o klasickou metodu široce používanou při testování vlastností kovových materiálů.

2.3 Symboly a vysvětlení hodnoty tvrdosti dle Brinella

Základní definice hodnoty tvrdosti podle Brinella (HBW) je: poměr zkušební síly (F) k ploše vtlačného povrchu (A) v jednotce MPa (obvykle se však jednotka neuvádí a používá se pouze číselná hodnota). Výpočetní vzorec je následující: HBW=πD(D−D2−d2​)2×0,102×F
Kde:

F je zkušební síla (jednotka: N);

D je průměr vtlačovacího tělíska (jednotka: mm);

d je průměrný průměr vtisku (jednotka: mm);

Koeficient „0,102“ je převodní faktor používaný k převodu jednotky zkušební síly z kgf na N (pokud se vypočítá přímo v N, lze vzorec zjednodušit).

Z vzorce je patrné, že při stejné zkušební síle a průměru vtlačovacího tělíska platí, že čím menší je průměr vtlačku, tím silnější je schopnost materiálu odolávat plastické deformaci a tím vyšší je hodnota tvrdosti podle Brinella; naopak, čím nižší je hodnota tvrdosti.

Podle materiálových charakteristik brzdových čelistí z litiny (šedá litina) jsou parametry zkoušky tvrdosti podle Brinella obvykle následující:

Zkušební síla (F): Obecně se používá 3000 kgf (29,42 kN) a odpovídající symbol tvrdosti je „HBW 10/3000“.

Poznámka: Pokud je vzorek tenký nebo materiál měkký, lze zkušební sílu upravit (například 1500 kgf nebo 500 kgf) v souladu s normou ISO 6506-1:2014, ale toto musí být uvedeno ve zkušebním protokolu.