STANDARYZACJA BADAÅ

LABORATORIUM METOD I TECHNIK BADAŃ MATERIAŁÓW 

Ćwiczenie nr 1: Wprowadzenie. 

WYKAZ NORM PODSTAWOWYCH DO REALIZACJI ĆWICZEŃ 

1. PN-EN 970 1999 

Spawalnictwo. Badania nieniszczące złączy spawalnych. Badania 

wizualne. 

2. PN-EN 1043-1 2000 

Spawalnictwo. Badania niszczące metalowych złączy spawanych. 

Próba twardości złączy spawanych łukowo. 


3. PN-EN 1043-2 2000 Próba twardości złączy spawanych łukowo. Próba mikrotwardości 

złączy spawanych łukowo. 

4. PN-EN 1321 2000 


Badania makroskopowe i mikroskopowe złączy spawanych. 

5. PN-EN 23878 1996 Węgliki spiekane. Pomiar twardości sposobem Vickersa 

Spiekane materiały metaliczne z wyjątkiem węglików spiekanych. 

6. PN-EN 24498-1 1996 Pomiar twardości pozornej materiałów o zasadniczo jednorodnej 

twardości na przekroju. 

7. PN-EN 26520 1997 

Klasyfikacja niezgodności spawalniczych w złączach spawalnych 

metali wraz z objaśnieniami 

8. PN-EN 27963 1993 

Połączenia spawane stali. Wzorzec kontrolny nr 2 do 

ultradźwiękowych badań stali 

9. PN-EN ISO 945 1999 Żeliwo. Określanie cech wydzieleń grafitu. 

10. PN-EN ISO 1463 1997 

Powłoki metalowe i tlenkowe. Pomiar grubości powłok Metoda 

mikroskopowa 

11. PN-EN ISO 2624 1997 Miedź i stopy miedzi. Określanie średniej wielkości ziarna 

12. PN-EN ISO 6507-1 1999 Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa. Metoda badań. 

13. PN-EN ISO 6508-1 2002 

Metale. Pomiar twardości sposobem Rockwella. Część 1. Metoda 

badań. (skale A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T) 

14. PN ISO 2639 1999 

Stal. Określanie umownej grubości warstwy nawęglonej i 

zahartowanej. 

15. PN ISO 3754 1999 

Stal. Określanie umownej grubości warstwy zahartowanej 

płomieniowo lub indukcyjnie. 

16. PN ISO 3887 1999 Stal niestopowa i niskostopowa. Określanie głębokości i odwęglenia. 

17. PN ISO 4384-1 1996 

Łożyska ślizgowe. Pomiar twardości materiałów łożyskowych. 

Materiały wielowarstwowe. 

18. PN ISO 4384-2 1996 


Materiały monolityczne. 


19. PN ISO 4498-2 2000 

Pomiar twardości pozornej. Utwardzone dyfuzyjnie materiały na 

osnowie żelaza, wzbogacone powierzchniowo w węgiel lub węgiel i 

azot. 

20. PN ISO 4499 1993 Węgliki spiekane. Metalograficzna ocena mikrostruktury 

21. PN ISO 4505 1993 

Węgliki spiekane. Metalograficzna ocena porowatości i węgla 

niezwiązanego (wolnego) 

22. PN ISO 4545 1996 Metale. Pomiar twardości sposobem Knoopa. 

23. PN ISO 4970 2001 

Stal. Wyznaczanie całkowitej lub umownej grubości cienkich warstw 

utwardzonych powierzchniowo. 

24. PN ISO 10250 1997 Metale. Pomiar twardości. Tablice wartości twardości Knoopa. 

25. PN-91/H-04350 Pomiar twardości metali sposobem Brinella 

Stal i staliwo. Tablice porównawcze twardości określonej sposobem 

26. PN-93/H-04357 Rockwella, Vickersa, Brinella, Shore’a i wytrzymałości na 

rozciąganie 

opracował mgr inż. Antoni Rzepkowski 1/1



27. PN-61/H-04502 Odczynniki do badania makrostruktury stopów żelaza 

28. PN-61/H-04503 Odczynniki do badania mikrostruktury stopów żelaza 

29. PN-63/H-04504 

Badanie mikrostruktury stalowych wyrobów hutniczych. Cementyt 

trzeciorzędowy. Pasmowość. 

30. PN-66/H-04505 Mikrostruktura stalowych wyrobów hutniczych. Wzorce i oznaczanie 

31. PN-84/H-04507.01 

Metale. Metalograficzne badania wielkości ziarna. Mikroskopowe 

metody określenia wielkości ziarna 

32. PN-84/H-04507.02 

Metale. Metalograficzne badania wielkości ziarna. Metody ujawniania 

byłego ziarna austenitu w stalach nieaustenitycznych 

Metale. Metalograficzne badania wielkości ziarna. Metoda 

33. PN-84/H-04507.03 makroskopowa określenia wielkości byłego ziarna austenitu na 

przełomie. 

34. PN-60/H-04509 Próba przełomu niebieskiego 

35. PN-64/H-04510 

Oznaczanie stopnia zanieczyszczenia stali wtrąceniami 

niemetalicznymi 

36. PN-75/H-04511 Metale nieżelazne. Odczynniki do ujawniania makrostruktury 

37. PN-75/H-04512 Metale nieżelazne. Odczynniki do ujawniania mikrostruktury 

38. PN-64/H-04513 Metale nieżelazne. Próba przełomu. 

39. PN-87/H-04514 Stal, staliwo i żeliwo. Badanie makrostruktury. Próba Baumana 

40. PN-92/H-04517 Stal szybkotnąca. Pręty. Metody badań segregacji węglików. 

41. PN-82/H-04550 Obróbka cieplno-chemiczna. Warstwy azotowane. Badania 

42. PN-87/H-04605 

Ochrona przed korozją. Określenie grubości powłok metalowych 

metodami niszczącymi. 

43. PN-80/H-04614 

Ochrona przed korozją. Określenie mikrotwardości powłok 

metalowych 

44. PN-76/H-04660 

Żeliwo i staliwo. Badania mikroskopowe. Pobieranie i przygotowanie 

próbek. 

45. PN-75/H-04661 

Żeliwo szare sferoidalne i ciągliwe. Badania metalograficzne. 

Określanie mikrostruktury 

46. PN-74/H-84041 Stal na łożyska toczne. Kęsiska, kęsy, pręty, walcówka i druty. 

47. PN-75/M-04308 

Badania wytrzymałościowe metali. Badania odporności na zużycie 

przez tarcie metali na maszynie Falex. 

48. PN-64/M-69751 Próba twardości złącz spawanych i zgrzewanych 

49. PN-85/M-69775 

Spawalnictwo. Wadliwość złączy spawanych. Oznaczenia klasy 

wadliwości na podstawie oględzin zewnętrznych. 

50. PN-75/M-70051 

Nadania nieniszczące metodami ultradźwiękowymi. Wzorzec 

kontrolny W1 




Wykaz norm uzupełniających 

1. PN-EN 288-1 1994 

Wymagania dotyczące technologii spawania metali i jej uznawanie. 

Postanowienia ogólne dotyczące spawania. 

2. PN-EN 288-3 1994 


Badania technologii spawania łukowego stali. 

3. PN-EN 288-4 1997 


Badania technologii spawania łukowego aluminium i jego stopów. 

4. PN-EN 571-1 1999 Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Zasady ogólne. 

5. PN-EN 583-1 2001 

Badania nieniszczące. Badania ultradźwiękowe. Część 1: Zasady 

ogólne. 

6. PN-EN 583-3 2000 

Badania nieniszczące. Badania ultradźwiękowe. Technika 

przepuszczania. 

7. PN-EN 1289 2000 

Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania penetracyjne złączy 

spawanych. Poziomy akceptacji. 

8. PN-EN 1290 2000 

Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania magnetycznoproszkowe 

złączy spawanych 

9. PN-EN 1291 2000 

Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania magnetycznoproszkowe 

złączy spawanych. Poziomy akceptacji 

10. PN-EN 1330-1 2001 Badania nieniszczące. Terminologia. Terminy ogólne 

11. PN-EN 1435 2001 

Badania niszczące złączy spawanych. Badania radiograficzne złączy 

spawanych. 

12. PN-EN 1712 2001 

Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania ultradźwiękowe 

złączy spawanych. Poziomy akceptacji 

13. PN-EN 1714 Projekt 

Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania ultradźwiękowe 

złączy spawanych. 

14. PN-EN 10160 2001 

Badanie ultradźwiękowe wyrobów stalowych płaskich grubości 

równej lub większej niż 6 mm (metoda echa) 

15. PN-EN 10228-2 2000 Badania nieniszczące odkuwek stalowych. Badanie penetracyjne 

16. PN-EN 10228-3 2000 

Badania nieniszczące odkuwek stalowych. Badanie ultradźwiękowe 

odkuwek ze stali ferrytycznych lub martenzytycznych 

Badania nieniszczące odkuwek stalowych. Badanie ultradźwiękowe 

17. PN-EN 10228-4 2000 odkuwek ze stali nierdzewnych austenitycznych i austenityczno - 

ferrytycznych 

18. PN-EN 12062 2000 

Spawalnictwo. Badania nieniszczące złączy spawanych Zasady ogólne 

dotyczące metali 

19. PN-EN 12517 2001 

Badania nieniszczące złączy spawanych. Badania radiograficzne 

złączy spawanych 

20. PN-EN 25817 1997 

Złącza stalowe spawane łukowo. Wytyczne do określenia poziomów 

jakości według niezgodności spawalniczych 

Złącza spawane łukowo z aluminium i jego spawanych stopów. 

21. PN-EN 30042 1998 Wytyczne do określania poziomów jakości według niezgodności 

spawalniczych. 

22. PN-EN ISO 377 2000 

Stali wyroby stalowe. Pobieranie i przygotowanie odcinków próbnych 

i próbek do badań własności mechanicznych. 

23. PN-EN ISO 2064 1997 

Powłoki metalowe i inne nieorganiczne. Definicje i zasady dotyczące 

pomiaru grubości. 

24. PN-EN ISO 3452-3 2001 

Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Część 3. Próbki 

odniesienia. 

25. PN-EN ISO 3452-4 2001 Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Część 4. Wyposażenie. 




26. PN-EN ISO 6506-2 2002 

Metale. Pomiar twardości sposobem Brinella. Sprawdzanie 

twardościomierzy. 

27. PN-EN ISO 6506-3 2002 

Metale. Pomiar twardości sposobem Brinella. Kalibracja wzorców 

twardości do sprawdzania twardościomierzy Brinella. 

28. PN-EN ISO 6507-2 1999 

Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa. Sprawdzanie 


29. PN-EN ISO 6507-3 1999 

Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa. Kalibracja wzorców 

twardości.. 

30. PN-EN ISO 6508-2 2002 

Metale. Pomiar twardości sposobem Rockwella. Sprawdzanie 


31. PN-EN ISO 6508-3 2002 

Metale. Pomiar twardości sposobem Rockwella. Kalibracja wzorców 

twardości do sprawdzania twardościomierzy Rockwella. 

32. PN ISO 4546 1999 Metale. Pomiar twardości. Sprawdzanie twardościomierzy. Knoopa. 

33. PN ISO 4547 1999 

Metale. Pomiar twardości. Kalibracja wzorców twardości do 

sprawdzania twardościomierzy Knoopa. 

34. PN ISO 3057 2000 

Badania nieniszczące. Badanie powierzchni technikami replik 

metalograficznych 

35. PN ISO 4993 Projekt Odlewy ze staliwa. Badania radiograficzne 

36. PN ISO 9915 1998 Odlewy ze stopów aluminium. Badania radiograficzne 

37. PN-72/H-01250 

Obróbka ciepnochemiczna stali. Dyfuzyjna warstwa chromowana 

otrzymywana metodą proszkową. 

38. PN-57/H-04501 Badania makrostruktury stali. Próba głębokiego trawienia 

39. PN-84/H-04507.00 Metale. Metalograficzne badania wielkości ziarna. Wytyczne ogólne 

40. PN-84/H-04507.04 

Metale. Metalograficzne badania wielkości ziarna. Metoda badania 

przegrzewności stali 

41. PN-84/H-04507.05 

Metale. Metalograficzne badania wielkości ziarna. Metoda 

odróżniania stali drobnoziarnistych od gruboziarnistych 

42. PN-60/H-04508 . Próba głębokiego trawienia 

43. PN-76/H-04606.00 

Aluminium i stopy aluminium. Metody badań własności anodowych 

powłok tlenkowych 

44. PN-90/H-04606.01 

Aluminium i stopy aluminium. Metody badań anodowych powłok 

tlenkowych 

45. PN-86/H-04951 

Metalurgia proszków. Oznaczenie wielkości cząstek proszku metodą 

mikroskopii optycznej. 

46. PN-85/H-83105 Odlewy. Podział i terminologia wad 

47. PN-85/H-83300 Odlewy. Identyfikacja wad na podstawie radiogramów 

48. PN-93/H-87911 Odlewy ze stopów aluminium i magnezu. Badania penetracyjne 

49. PN-94/H-93012 Stal szybkotnąca. Pręty walcowane i kute. 

50. PN-79/H-94012 

Odkuwki stalowe matrycowane ogólnego przeznaczenia. Wymagania i 

badania 

51. PN-85/H-94802 

Odkuwki matrycowane z metali nieżelaznych ogólnego przeznaczenia. 

Wymagania i badania 

52. PN-77/M-69000 Spawalnictwo. Spawanie metali. Nazwy i określenia 

53. PN-75/M-69703 Spawalnictwo. Wady złączy spawanych. Nazwy i określenia. 

54. PN-72/M-69770 

Radiografia przemysłowa. Radiogramy spoin czołowych w złączach 

doczołowych ze stali. Wymagania jakościowe i wytyczne wykonania. 

55. PN-74/M-69771 

Spawalnictwo. Wady złączy doczołowych wykrywane badaniami 

radiograficznymi. Nazwy i określenia. 

56. PN-87/M-69772 

Spawalnictwo. Klasyfikacja wadliwości złącz spawanych na 

podstawie radiogramów 




57. PN-87/M-69776 

Spawalnictwo. Określenie wysokości wad spoin na podstawie gęstości 

optycznej obrazu na radiogramie. 

58. PN-89/M-69777 

Spawalnictwo. Klasyfikacja wadliwości złączy spawanych na 

podstawie wyników ultradźwiękowych 

59. PN-76/M-70008 Badania nieniszczące. Ogólne nazwy i określenia 

60. PN-76/M-70050 Badania nieniszczące. Metody ultradźwiękowe. Nazwy i określenia. 

61. PN-75/M-70052 Badania nieniszczące. Metody penetracyjne. Nazwy i określenia 

62. PN-89/M-70055-01 

Spawalnictwo. Badania ultradźwiękowe złączy spawanych. 

Postanowienia ogólne. 

Spawalnictwo. Badania ultradźwiękowe złączy spawanych. Badania 

63. PN-89/M-70055-02 spoin czołowych o grubości 8-30 mm głowicami skośnymi, falami 

poprzecznymi 

64. PN-87/M-80006 Zanurzeniowe powłoki cynkowe na drutach stalowych. Badania 



Ćwiczenie nr 2: Standaryzacja badań. 

STANDARYZACJA BADAŃ 

Cel ćwiczenia. 

Zapoznanie się z zasadami wykonywania i oceny badań umożliwiającymi porównywanie 

wyników. 

Zadania do wykonania. 

1.Dokonanie niezbędnych obserwacji, badań i pomiarów dla określenia struktury i właściwości 

materiałów, ujawnienia stanu technologicznego, wykrycia wad, itp. 

2.Dokonanie opisu i oceny próbek wykorzystując odpowiednie wzorce i standardy zawarte w 

Polskich Normach 

Wyposażenie stanowiska: 

Wyposażenie stanowisk do realizacji ćwiczeń: 

•Preparatyka i metody trawienia 

•Badania mikroskopowe 

•Badania defektoskopowe 

•Badania wizualne i makroskopowe 

•Badania twardości 

•Badania mikrotwardości 

•Badania trybologiczne 

•Badania składu chemicznego (staloskop) 

•Badania fraktometryczne 

Normy: wg wykazu. 

Kolejność czynności: 

Otrzymaną indywidualnie próbkę poddać niezbędnym badaniom wykorzystując ćwiczenia 

programowe laboratorium Metod i Technik Badań Materiałów sem V. 

Sprawozdanie: 

1.Opis otrzymanej próbki wraz z niezbędnymi rysunkami 

2.Opis przeprowadzonych badań i pomiarów z przywołanie odpowiednich norm 

3.Dokumentacja badań – wyniki pomiarów, rysunki mikrostruktur z opisem odnoszącym się do 

wzorów wg norm. 

4.Wnioski ocena oraz klasyfikacja. 

Literatura. 

1.Ashby M.F., Jonem D. R. H.: Materiały inżynierskie Tom I i II WNT Warszawa 1995 

2.Burakowski T, Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali – podstawy, urządzenia, 

technologie. WNT Warszawa 1995 

3.Ciszewski A., Radomski T., Szummer A.: Badania własności i struktury materiałów. Oficyna 

wydawnicza PW Warszawa 2000 

4.Ciszewski A., Radomski T., Szummer A.: Materiałoznawstwo. Oficyna wydawnicza PW 

Warszawa 1998 

5.Dobrzański L. A.,.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali. Wydawnictwo 

Politechniki Śląskiej, Gliwice 1993. 

6.Dobrzański L. A., Nowosielski R.: Metody badań metali i stopów. Badania własności 

fizycznych. WNT Warszawa 1987 

7.Dobrzański L. A Hajduczek E: Metody badań metali i stopów. Mikroskopia świetlna i 

elektronowa WNT Warszawa 1987. 

8.Kula P.: Inżynieria warstwy wierzchniej. Wydawnictwo PŁ Łódź 2000. 

9.Przybyłowicz K.: Metody badań metali i stopów. Wydawnictwo AGH Kraków 1997 



Ćwiczenie nr 3: Preparatyka i metody trawienia. 

PREPARATYKA I METODY TRAWIENIA 


Zaznajomienie się z: 

1. Zasadami pobierania próbek do badań metalograficznych. 

2. Techniką wykonywania zgładów 

3. Wpływem różnych odczynników i specjalnych metod trawienia na ujawnienie struktury 

materiału 

Wstęp teoretyczny. 

Próbka do badań metalograficznych przygotowana jest w następujących operacjach; 

1. Wycinanie 

2. Szlifowanie 

3. Polerowanie 

4. Trawienie 

Wycinanie. 

Próbki pobiera się tak z materiału, aby otrzymać pełny i poprawny obraz struktury. 

Miejsce wycięcia próbki często jest wyznaczane na podstawie badań makroskopowych. 

Odcinanie próbek należy prowadzić tak, aby nie powodować przegrzania materiału badanego, 

dlatego optymalnym sposobem jest cięcie na przecinarkach elektrochemicznych. Materiały twarde 

są cięte na przecinarkach ściernych tarczami o spoiwie elastycznym, przy intensywnym 

chłodzeniu. W wypadku stosowania do cięcia palnika gazowego miejsce cięcia powinno leżeć w 

odległości 10 :-50 mm od miejsca badania. W zależności od orientacji powierzchni zgładu 

względem osi przedmiotu wyróżnia się zgłady: 

a/podłużne 

b/poprzeczne 

c/skośne 

Szlifowanie 

Zabiegi wstępnego szlifowania wykonuje się na szlifierkach do płaszczyzn, zalecane są ściernice 

karborundowe o kształcie garnkowym. Dokładne szlifowanie wykonywane jest na szlifierkach 

metalograficznych na papierach ściernych od Nr.100 do min.Nr.800 [zalecane jest stosowanie 

papierów odmulonych] Próbki o małych wymiarach przed szlifowaniem powinny być 

inkludowane w żywicach chemoutwardzalnych 

rys.1 Schemat urządzenia do cięcia elektrochemicznego 

1-tarcza[katoda] 2-elektrolit 3-przecinany przedmiot[anoda] 

opracował dr inż. Andrzej Bartczak 3/2



rys.2 Szlifowanie powierzchni czołowej 

rys.3 metalograficzna szlifierka do pracy na mokro 

W badaniach mikrostruktury warstw przypowierzchniowych konieczne jest odpowiednie 

zabezpieczenie krawędzi zgładu. W przedmiotach o regularnych kształtach można w tym celu 

stosować specjalne zaciski mechaniczne jednak najlepsze efekty uzyskuje się dzięki wytwarzaniu 

na powierzchniach powłok galwanicznych o grubości ~10µm. Na stopy żelaza zalecane są powłoki 

niklowe -skład kąpieli; -20 g podfosforynu sodowego -20g siarczanu niklowego -8 g octanu 

sodowego -1dcm wody. Temperatura procesu ~90-95°C. 

Spośród powłok nakładanych elektrochemicznie zalecane są powłoki żelazne, gdyż można je 

nakładać na powierzchnie utlenione- skład kąpieli; 288g chlorku żelazowego 57g chlorku 

sodowego 1dcm wody.Stosowane gęstości prądu w granicach 5-20 mA/cm 2 ,a temperatura kąpieli 

85-90°C 

Polerowanie 

Polerowanie dzielimy na: 

a.mechaniczne 

b.elektrolityczne 

c.sposoby kombinowane 

W trakcie polerowania mechanicznego w warstwie powierzchniwej powodowane są zmiany 

strukturalne (wytwarzana jest tz. warstwa Beilby`ego, tym grubsza im mniejsza twardość 

materiału) Zniekształcającej obraz struktury warstwy Beilby`ego można uniknąć stosując 

kilkakrotne trawienie i polerowanie próbki. Podstawową zaletą metody polerowania 

elektrochemicznego jest skrócenie czasu przygotowania idealnego zgładu o powierzchni wolnej od 

rys i gniotu powierzchniowego 

rys.4 Schemat tarczy do polerowania pastami diamentowymi. 

1.-próbka 2.-warstwa polerująca 

3.-warstwa izolująca 4.-warstwa elastyczna 5.-tarcza. 




rys.5 Schemat elektropolerki. 1.-wirująca tarcza-katoda 2.-prubka-anoda 

rys.6 Schemat urządzenia do elektropolerowania. 

1.-kąpiel chłodząca 2.-naczynie z elektrolitem 3.-próbka (anoda) 4.-katoda 5.-termometr 

Trawienie 

Warunki trawienia , to jest rodzaj ,temperaturę odczynnika oraz czas trawienia ,dobiera się w 

zależności od rodzaju materiału oraz celu przeprowadzanego badania (np. identyfikacja 

składników strukturalnych, określenie wielkości i orientacji ziaren itp.) Odczynniki do badań 

mikrostruktury stopów żelaza ( Fe )ujęte są w PN-61/H-04503 a dla metali nieżelaznych w PN- 

75/H-04512 Trawienie polega na selektywnym rozpuszczaniu obszarów o obniżonym potencjale 

elektrochemicznym, albo wykorzystaniu reakcji wymiany ,której produkty osadzają się w postaci 

cienkich warstw na powierzchni składników strukturalnych. W zależności od grubości warstw 

interferencja promieni odbitych powoduje zróżnicowanie zabarwienia obserwowanych obszarów 

powierzchni. Identyczny efekt można uzyskać po podgrzaniu dokładnie wypolerowanej próbki w 

piecu w celu wytworzenia "barw nalotowych", dających charakterystyczne zabarwienie 

składników strukturalnych. 

Dla stali niskostopowych zalecana temperatura wygrzewania wznosi 250-300°C, a dla 

wysokostopowych 500-700°C ,czas wygrzewania od kilku do ~10min. 

W metalografii wysokotemperaturowej stosuje się trawienie w próżni. Ujawnianie struktury 

następuje wtedy w wyniku selektywnej sublimacji atomów z miejsc o podwyższonej energii, a 

równie z powierzchni ziarn , w których płaszczyzna zgładu odsłania ściany rzadziej obsadzone 

atomami. W mikroskopii elektronowej wykorzystywane jest również zjawisko selektywnej 

sublimacji przy trawieniu katodowym, które polega na bombardowaniu powierzchni zgładu 

naładowanymi dodatnio jonami gazów szlachetnych. Wytworzony w wyniku selektywnego 

rozpuszczania wybranych obszarów na powierzchni próbki relief umożliwia obserwacje 

składników strukturalnych, wolnych od jakichkolwiek warstewek oraz produktów rekcji. 





1. Na wytypowanych przez prowadzącego próbkach wybrać miejsce i wykonać zgład 

metalograficzny. 

2. Dobrać odczynniki i ustalić warunki trawienia. 

3. Określić składniki strukturalne i porównać strukturę materiału trawionego różnymi 

odczynnikami i w różnych warunkach. 


1. Stanowisko do preparatyki metalograficznej 

2. Zestaw odczynników do trawienia. 

3. Piec komorowy 

4. Próbki. 


1. Ustalić miejsce wykonywania szlifów. 

2. Przeprowadzić wszystkie czynności aż do wypolerowania i wysuszenia próbki. 

3. Wybrać odczynniki do trawienia. 

4. Przeprowadzić trawienie odczynnikiem najłagodniej działającym (z wytypowanych). 

5. Przeprowadzić obserwację mikroskopową 

6. Po ponownym wypolerowaniu próbki przeprowadzić trawienie w innym odczynniku. 

7. Na wybranych próbkach przeprowadzić wyżarzanie w celu wytworzenia barw nalotowych na 

poszczególnych składnikach strukturalnych. 

Sprawozdanie: 

1. Cel ćwiczenia. 

2. Opis wszystkich wykonywanych czynności oraz warunków i wyników obserwacji, schematy 

aparatury i urządzeń. 

3. Rysunki obserwowanych struktur narysowane tak, aby oddawały cechy charakterystyczne 

składników strukturalnych. Zidentyfikowane składniki strukturalne wskazać strzałkami. 

4. Opis struktur z podanymi warunkami trawienia i obserwacji. 

5. Wnioski. 

Literatura. 

1.Szumer A., Ciszewski A., Radomski T.: Badania własności i mikrostruktury materiałów. 

Oficyna Wydawnicza P.W. Warszawa 2000. 

2.Dobrzański L. A., Hajduczek E.: Metody badań metali i stopów. Mikroskopia świetlna i 

elektronowa. WNT Warszawa 1987. 

3.Ciszewski A., Radomski T, Szumer A.: Ćwiczenia laboratoryjne z materiałoznawstwa. Oficyna 

Wydawnicza P.W. Warszawa 2000. 



Ćwiczenie nr 4: Badania mikroskopowe. 

BADANIA MIKROSKOPOWE 


−Zapoznanie się z budową i obsługą mikroskopów metalograficznych 

−Zapoznanie się z podstawowymi technikami mikroskopii metalograficznej świetlnej 

−Zapoznanie się z wyposażeniem do rejestracji obrazów mikroskopowych 

−Nabycie umiejętności obserwacji mikroskopowej i oceny elementów strukturalnych na 

zgładach nietrawionych i trawionych różnymi odczynnikami. 

Wprowadzenie 

Badania mikroskopowe polegają na pobraniu próbki z badanego wyrobu, wyszlifowaniu i 

wypolerowaniu wybranej powierzchni tj. wykonaniu tzw. zgładu metalograficznego, który po 

ewentualnym wytrawieniu poddaje się obserwacji mikroskopowej. 

Celem badań metalograficznych na mikroskopie świetlnym jest ujawnienie struktury metali i 

ich stopów oraz wad niewidocznych okiem nieuzbrojonym. Pozwalają one na rozróżnienie 

składników strukturalnych i określenie ich morfologii, ilości, wymiarów i rozmieszczenia. 

Schemat przedstawia zasadę działania mikroskopu świetlnego 

Przedmiot oglądany AB jest powiększony przez obiektyw. Powstaje rzeczywisty obraz A'B', 

który w stosunku do okularu jest usytuowany w odległości < f ok . Wobec tego, patrząc przez 

okular widzimy pozorny i powiększony obraz A"B". 

Powiększenie, które uzyskujemy w układzie obiektyw - okular możemy wyliczyć z poniższego 

wzoru: 

gdzie : 

M-powiększenie mikroskopu 

Mob -powiększenie obiektywu 

M oc -powiększenie okularu 

L -długość tubusa 

fob -ogniskowa obiektywu 

foc -ogniskowa okularów 

d-stała = 250 mm - odległość dobrego widzenia dla oka ludzkiego. 

Zakres powiększeń uzyskiwanych w mikroskopie zależy od zastosowanych obiektywów i okularów, 

i ma ograniczenia związane z prawami fizyki. Ograniczeniem jest zakres długości fal światła 

widzialnego. 




Zależność rozdzielczości optycznej od długości fal światła widzialnego przedstawia wzór: 

d sinα= n λ 

gdzie: 

d - najmniejsza odległość między dwoma punktami możliwa do ujrzenia w mikroskopie, 

α - kąt aperturowy obiektywu, 

n - współczynnik załamania światła w danym medium (dla powietrza przyjmujemy n=1), 

λ - długość fali świetlnej 

Po przekształceniu; 

d = λ / sinα 

Z powyższego wzoru wynika, że im krótszy zakres fal światła widzialnego tym lepsza 

rozdzielczość. Ponieważ ludzkie oko dostrzega w dolnym zakresie barwy światło o długości 

fali ok. 380 nm., a maksymalny kąt aperturowy α jaki możemy uzyskać wynosi około 72 stopni 

od normalnej, czyli około 144 stopni dla obiektywu. Stąd łatwo możemy wyliczyć granicę 

rozdzielczości, która wynosi około 0,4 µm dla powietrza i około 0,26 µm dla cieczy 

imersyjnych. Pewne techniki obserwacji i zastosowanie mikrofotografii pozwalają na 

osiągnięcie rozdzielczości uzyskiwanej na zdjęciu rzędu 0,l µm. 

Zdolność rozdzielcza zależy również od apertury numerycznej. 

A = n sin α/2 

Do uzyskania apertury numerycznej równej 1,40 konieczne jest zastosowanie medium w postaci 

olejku immersyjnego(dla olejku cedrowego n = 1,515), który załamuje bieg promieni 

świetlnych. Powietrze jako medium pozwala w praktyce uzyskać w obiektywach suchych 

aperturę numeryczną równą 0,95. 

Stąd maksymalną rozdzielczość dla światła widzialnego, czyli w mikroskopach świetlnych, 

uzyskujemy przy powiększeniu rzędu 1500x.Oczywiście możemy uzyskiwać powiększenia 

większe przez zastosowanie dodatkowych soczewek, ale będzie to powiększenie liniowe nie 

dające lepszej rozdzielczości. 

W mikroskopii świetlnej stosuje się następujące techniki obserwacji: 

− Jasne pole - jest podstawową techniką obserwacji; polega na oświetleniu preparatu uformowaną 

przez kondensor wiązką promieni świetlnych w postaci stożka i wszystkie promienie tego stożka 

objęte aperturą obiektywu padają na preparat. Kontrast otrzymujemy w wyniku różnic w absorbcji i 

rozpraszaniu światła przez różne elementy oświetlanego preparatu. 

Bieg promieni świetlnych w mikroskopie w jasnym polu widzenia. 

Technika jasnego pola stosowana jest również do obserwacji preparatów z naniesioną warstwą 

interferencyjną - trawienie barwne. 




l-faza "A" 2-faza "B" 

Bieg promieni świetlnych w jasnym polu widzenia w próbce z 

naniesioną warstwą interferencyjną 

− Ciemne pole - polega na oświetleniu bocznym preparatu, uzyskanym dzięki specjalnej 

konstrukcji kondensora, formującego wiązkę światła prawie równolegle do powierzchni 

preparatu (wiązka światła rozproszonego). Stąd od brzegów elementów preparatu odbija 

się szczątkowe oświetlenie wiązki wychodzącej z kondensora, a do obserwatora dociera 

obraz jasnych elementów na ciemnym tle. 

Bieg promieni świetlnych w mikroskopie w ciemnym polu widzenia. 

− Kontrast fazowy - polega na zastosowaniu specjalnie dopasowanych przysłon 

szczelinowych. Istnieje kilka rozwiązań mikroskopów odbiciowych z kontrastem fazowym. 

Jedno z rozwiązań schematycznie przedstawiono na rysunku. Źródło światła jest 

odwzorowane za pomocą kolektora na otworze przysłony aperturowej oświetlacza. Światło 

wychodzące z otworu przysłony pada, po przejściu przez soczewkę na półprzeźroczyste 

zwierciadło ustawione pod kątem 45° do osi optycznej mikroskopu. Promienie świetlne 

odbite od zwierciadła wpadają do obiektywu i wychodzą zeń w postaci lekko zbieżnej 

wiązki, tworzącej obraz otworu przysłony aperturowej poniżej obserwowanej powierzchni 

przedmiotu - zbieżność wiązki świetlnej wychodzącej z obiektywu jest podyktowana tym, 

aby światło bezpośrednie S b skupiało się po odbiciu od przedmiotu poza półprzeźroczystym 

zwierciadłem. Takie rozwiązanie powoduje, że mamy do czynienia z dwoma rodzajami 

światła: bezpośrednim S b wychodzącym jak gdyby z obrazu otworu przysłony aperturowej i 

skupiającym się w punkcie Q", gdzie umieszczona jest płytka fazowa oraz ze światłem 

dyfrakcyjnym S d powstającym w wyniku ugięcia i rozproszenia światła na wszelkich 

powierzchniowych niejednorodnościach badanego przedmiotu. W wyniku nakładania się i 

interferencji obu rodzajów światła powstaje w płaszczyźnie obrazowej obiektywu obraz 

fazowo - kontrastowy powierzchni badanego przedmiotu. Obraz ten jest obserwowany za 

pomocą okularu mikroskopu. Technikę kontrastu fazowego wykorzystuje się w 

przypadku gdy poszczególne elementy preparatu nie różnią się właściwościami 

absorbcyjnymi, a tylko współczynnikiem załamania światła bądź, grubością. Ma to miejsce 

dla preparatów przeźroczystych lub wypolerowanych, obserwowanych w polu jasnym jako 

gładkie lub jednolite, a w kontraście fazowym uwidaczniającym zarysu. 




Schemat układu optycznego mikroskopu fazowo - kontrastowego do 

obserwacji próbek metalograficznych w świetle odbitym. 

− Kontrast Nomarskiego - w technice Nomarskiego wykorzystuje się światło 

spolaryzowane oraz specjalnej konstrukcji pryzmaty Wolstona - zmodyfikowane pryzmaty 

Nicola. Schemat mikroskopu optycznego z kontrastem interferencyjnym różniczkowym - 

DIC / Nomarski - przedstawiono na rysunku. Pryzmaty Wollastona - W lub N- umieszczone 

są między półprzeźroczystą płytką zwierciadlaną Z oświetlacza a obiektywem Ob. Światło 

przechodzi więc przez pryzmat W lub N dwukrotnie, wobec czego pryzmaty spełniają 

równocześnie rolę kompensatora i elementu rozdwajającego obraz badanego obiektu B. 

Polaryzator P jest ustawiony prostopadle do płaszczyzny padania światła na płytkę Z, a 

analizator A równolegle. Efektem zastosowania tej metody jest uzyskanie 

quasiprzestrzennych obrazów. Zastosowanie - podobnie jak w przypadku kontrastu 

fazowego. 

Schemat układu optycznego mikroskopu z kontrastem interferencyjnym różniczkowym 

wg Nomarskiego do obserwacji próbek metalograficznych w świetle odbitym. 

− Fluorescencja - w technice tej wykorzystujemy naturalną bądź wzbudzoną za pomocą 

różnego rodzaju preparatów fluorescencję. W laboratoriach przemysłowych stosujemy np. do 

ujawniania szczelin, bądź obiektów pochłaniających określony preparat fluorescencyjny. 

Ideowy schemat układu optycznego mikroskopu fluorescencyjnego przedstawiono na 

rysunku. Jest to mikroskop odbiciowy wyposażony w intensywne źródło światła np. lampę 

rtęciową wysokociśnieniową, filtr cieplny FC, filtry wzbudzające FW, filtr zaporowy FZ, 




zwierciadło półprzeźroczyste ZD. Zadaniem zwierciadła jest z jednej strony skierować 

światło wzbudzające przez obiektyw Ob. Na badany preparat B a równocześnie 

przepuszczać światło fluorescencyjne do okularu Ok. i to w stopniu jak największym. 

Znaczna część światła krótkofalowego jest pochłaniana przez preparat i przekształcona 

przezeń na światło fluorescencyjne. Jest ono w całości przepuszczane przez zwierciadło 

półprzeźroczyste ZD w stronę okularu mikroskopu. 

Schemat układu optycznego mikroskopu fluorescencyjnego z oświetleniem preparatu przez 

obiektyw. 


1. Przygotowanie mikroskopu metalograficznego do badań z wykorzystaniem różnych 

technik tj.: 

a. jasne pole 

b. ciemne pole 

c. kontrast fazowy 

d. polaryzacja 

oraz sprawdzenie działania zasadniczych podzespołów mikroskopów. 

2. Dokonanie obserwacji: 

−Próbek nietrawionych dla określenia rodzajów, liczby i rozłożenia różnych wtrąceń 

niemetalicznych, wykrycia pęcherzy gazowych, mikropęknięć, korozji 

międzykrystalicznej, rodzaju i rozmieszczenia grafitu itd. 

−Próbek wytrawionych dla określenia rodzaju i ilości poszczególnych faz, kształtu i 

wielkości ziarna, jakości powłok, itd. 

3. Dokonanie oceny mikrostruktury otrzymanych próbek z uwzględnieniem warunków 

określonych w wykorzystywanych normach. 


1. Mikroskopy metalograficzne: NEOPHOT-2, EPITYP 2, METAWAL, OLYMPUS BH, 

AXIOTRON. 

2. Szczegółowa instrukcja mikroskopu NEOPHOT-2 i wyposażenia dla realizacji technik 

obserwacyjnych. 

3. Normy. 

PN-EN 1321 2000 Spawalnictwo. Badania niszczące metalowych złączy spawanych. 

Badania makroskopowe i mikroskopowe złączy spawanych. 

PN-EN ISO 945 1999 Żeliwo. Określanie cech wydzieleń grafitu. 




PN-EN ISO 1463 1997 

PN-EN ISO 2624 1997 

PN ISO 4499 1993 

PN ISO 4505 1993 

PN-61/H-04503 

PN-63/H-04504 

PN-66/H-04505 

PN-84/H-04507.01 

PN-64/H-04510 

PN-75/H-04512 

PN-92/H-04517 

PN-87/H-04605 

PN-75/H-04661 

PN-74/H-84041 

Powłoki metalowe i tlenkowe. Pomiar grubości powłok Metoda 

mikroskopowa 

Miedź i stopy miedzi. Określanie średniej wielkości ziarna 

Węgliki spiekane. Metalograficzna ocena mikrostruktury 

Węgliki spiekane. Metalograficzna ocena porowatości i węgla 

niezwiązanego (wolnego) 

Odczynniki do badania mikrostruktury stopów żelaza 

Badanie mikrostruktury stalowych wyrobów hutniczych. 

Cementyt trzeciorzędowy. Pasmowość. 

Mikrostruktura stalowych wyrobów hutniczych. Wzorce i 

oznaczanie 

Metale. Metalograficzne badania wielkości ziarna. Mikroskopowe 

metody określenia wielkości ziarna 

Oznaczanie stopnia zanieczyszczenia stali wtrąceniami 

niemetalicznymi 

Metale nieżelazne. Odczynniki do ujawniania mikrostruktury 

Stal szybkotnąca. Pręty. Metody badań segregacji węglików. 

Ochrona przed korozją. Określenie grubości powłok metalowych 

metodami niszczącymi. 

Żeliwo szare sferoidalne i ciągliwe. Badania metalograficzne. 

Określanie mikrostruktury 

Stal na łożyska toczne. Kęsiska, kęsy, pręty, walcówka i druty. 

4. Wyposażenie i oprogramowanie dla cyfrowej transmisji i rejestracji obrazu. 

5. Próbki: żeliwo szare, żeliwo sferoidalne, stal zwykłej jakości, stal wyżarzona, stal 

hartowana, stal hartowana i odpuszczana, stal łożyskowa, stal szybkotnąca, stal 

kwasoodporna, stal nawęglana, stal azotowana, spoina, odlew ciśnieniowy (znal), odlew 

piaskowy (mosiądz), brąz, silumin, stop łożyskowy. 


1. Próbki ze stali zwykłej jakości w stanie surowym oraz żeliwo nietrawione oraz wytrawione 

Mi1Fe poddać obserwacji na mikroskopie NEOPHOT-2 z wykorzystaniem różnych 

technik obserwacji. 

2. Przeprowadzić obserwację wybranych zgładów metalograficznych i porównać z wzorcami 

zawartymi w normach wykorzystując „rotacyjnie” różne mikroskopy. 

3. Dokonać identyfikacji składników strukturalnych. 

4. Wykonać fotografię obrazu mikroskopowego wybranej próbki. 

Sprawozdanie: 

1. Omówienie celu ćwiczenia 

2. Krótki opis mikroskopu metalograficznego i stosowanych technik obserwacji ze 

schematami i z podaniem zasad obserwacji i doboru powiększenia. 

3. Rysunki (fotografie) obserwowanych mikrostruktur z odpowiednim opisem odniesionym 

do wzorów normach. 

4. Wnioski. 

Literatura. 

1. Szumer A., Ciszewski A., Radomski T.: Badania własności i mikrostruktury materiałów. 

Oficyna Wydawnicza P.W. Warszawa 2000 

2. Dobrzański L. A., Hajduczek E.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali. 

Mikroskopia świetlna i elektronowa. WNT Warszawa 1987. 

3. Przybyłowicz K.: Metody badań metali i stopów. Wydawnictwo AGH Kraków 1997 



Ćwiczenie nr 5: Badania defektoskopowe. 

BADANIA DEFEKTOSKOPOWE 

Cel ćwiczenia 

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z zasadami badań defektoskopowych - 

radiologicznych, ultradźwiękowych, magnetycznych i penetracyjnych oraz ich zastosowaniem w 

praktyce przemysłowej. 

Badania defektoskopowe pozwalają na wykrywanie wad powierzchniowych i wewnętrznych, 

takich jak: pęknięcia, pory, pęcherze, rzadzizny lub inne nieciągłości materiału, większe 

wtrącenia niemetaliczne, itp., bez niszczenia badanego elementu. Są one stosowane głównie do 

kontroli jakości materiałów, gdyż ich zaletą jest możliwość 100 procentowej kontroli, a nie 

wyrywkowej, jak w przypadku metod niszczących. 


Badania magnetyczne 

Przez metody magnetyczne rozumiemy te wszystkie sposoby i metody badań, w których w 

celu zbadania przedmiotu wykrywa się lub mierzy pola magnetyczne albo ich oddziaływanie 

dynamiczne, przy czym magnesuje się cały badany przedmiot lub tylko jego część. 

Wykrywanie nieciągłości za pomocą metod opartych na działaniu linii sił, polega na 

wykrywaniu lub mierzeniu magnetycznych pól rozproszenia, które występują w badanych 

przedmiotach (namagnesowanych w odpowiedni sposób) wskutek lokalnych zmian 

przenikalności w miejscach nieciągłości i wad. Poszczególne metody różnią się między sobą 

głównie sposobem ujawniania pól rozproszenia. 

Bliższa obserwacja przebiegu linii sił pola magnetycznego w namagnesowanym przedmiocie 

(rys.l), którego materiał zawiera nie jednorodność lub nieciągłości magnetyczne w wyniku 

istnienia pęknięć lub wtrąceń materiałów słabo lub w ogóle niemagnetycznych wykazuje, że: 

a. największa część linii sił omija trudne dla nich do przezwyciężenia miejsce nieciągłości 

(wady) i obiera drogę przez pozostały przekrój przedmiotu; dlatego na brzegu pęknięcia 

dochodzi do zagęszczenia linii sił; 

b. część linii sił biegnie droga początkowe także i przez miejsce wadliwe; 

c. reszta linii sił, zazwyczaj bardzo niewielka, zostaje już w pewnej odległości od wady, 

odchylona od początkowego kierunku przez utworzone po obydwu stronach wady bieguny 

magnetyczne i wychodzi z powierzchni przedmiotu w pobliżu wady prawie prostopadle w 

otaczającą przedmiot przestrzeń powietrzną; zjawisko to określa się jako magnetyczny 

strumień rozproszenia i może być zaobserwowane np. na pęknięciu powierzchniowym 

ciała namagnesowanego. Strumień taki na danym pęknięciu jest znacznie szerszy niż samo 

pęknięcie, co ma decydujące znaczenie dla wykrywalności wad metodą strumienia 

rozproszenia. 

Dla wytworzenia dobrze wykrywalnego strumienia rozproszenia jest jednakże konieczne, aby 

miejsce wadliwe znajdowało się bezpośrednio na powierzchni, lub przynajmniej tuż pod 

powierzchnią przedmiotu. Jakkolwiek pola rozproszenia tworzą się także i przy wadach 

usytuowanych wewnątrz materiału, to jednak są one o wiele słabsze i dlatego nie da się ich 

wykryć na powierzchni. Wykrywalny strumień rozproszenia może się zazwyczaj wytworzyć 

tylko wtedy, gdy wada tworzy z kierunkiem magnetycznych linii sił kąt od 45 do 90°. (rys.2). 

Natężenie pola rozproszenia zależy przy tym zarówno od indukcji magnetycznej B, jak i od 

magnetycznych własności materiału. Najlepsze wyniki otrzymuje się, posługując się wartością 

indukcji, leżącą powyżej załamania na krzywej magnesowania, a więc przypadającą na początek 

nasycenia magnetycznego. 

Ilość wychodzących w powietrze linii rozproszenia określana jest przez oporność magnetyczne 

pozostałego przekroju przedmiotu. Im większa jest ta oporność, tym silniejsze jest pole 

rozproszenia. Po przekroczeniu największej stromizny krzywej magnesowania, odpowiednio do 

maksymalnej przenikalności, oporność magnetyczna rośnie ze zmniejszeniem się przekroju 

opracował mgr inż. Adam Rylski 5/1



silniej niż poprzednio. Opór magnetyczny otaczającej przestrzeni nie zmienia się przy tym, 

wskutek czego rośnie ilość linii sił w polu rozproszenia. 

Metody indukcyjne 

Metody indukcyjne lub metody prądów wirowych stosowane w badaniach nieniszczących 

polegają na wykrywaniu różnic fizycznych własności materiału badanych elementów za pomocą 

zmiennego pola magnetycznego. W praktyce wykonuje się to w ten sposób, że badany element, 

o określonych wymiarach, wykonany z materiału o danej elektrycznej przewodności właściwej i 

przenikalności magnetycznej, wprowadza się zmienne pole magnetyczne cewki zasilanej prądem 

zmiennym. Pod wpływem tego pola w elemencie indukują się prądy wirowe, które z kolei 

wytwarzają własne pole, skierowane zgodnie z regułą Lenza, przeciwnie do pola cewki. W 

rezultacie w obrębie cewki powstaje pole wypadkowe różne od pierwotnego. Zmiana, jakiej 

doznaje pole cewki wskutek wprowadzenia metalowego elementu zależy od elektrycznych i 

magnetycznych własności materiału tego elementu i jego wymiarów oraz od konstrukcji cewki i 

częstotliwości pola wzbudzającego. W zależności od rodzaju cewek rozróżnia się metodę cewki 

stykowej (rys. 3) i cewki przelotowej (rys.4). 

W badanym elemencie, umieszczonym w cewce, indukują się prądy wirowe, których 

rozkład zostaje zakłócony w przypadku pojawienia się wady o charakterze nieciągłości 

materiału. Obecność takiej wady zmniejsza czynny przekrój dla przepływu prądów wirowych, 

dając w przybliżeniu efekt taki, jak zmniejszanie się przewodności właściwej w całym przekroju 

elementu. 

Charakterystyczne dla rozkładu prądów wirowych jest to, że ich natężenie, największe na 

powierzchni elementu, zmniejsza się w miarę posuwania się w głąb i spada do zera w jego środku. 

Wskutek tego największe zakłócenia prądów wirowych powodowane są przez wady 

powierzchniowe, które z tego właśnie powodu są łatwiej wykrywalne od wad wewnętrznych. 

Wielkość zakłócenia powodowanego przez wadę zależy od wielkości powierzchni 

przekroju prostopadłego do kierunku prądów wirowych, który nazywamy czynnym przekrojem 

wady. Nawet głęboka wada biegnąca w kierunku zgodnym z liniami prądów wirowych nie daje 

prawie żadnego zakłócenia prądów wirowych, podczas gdy nawet płytka wada, ale prostopadła 

do linii prądów, zakłóca je bardzo znacznie. 

Badania ultradźwiękowe 

W badaniach ultradźwiękowych wykorzystuje się wpływ własności sprężystych i 

jednorodności struktury materiału na rozchodzenie się fal ultradźwiękowych. Badanie tego 

wpływu opiera się na obserwacji natężenia i zmian kierunku fal ultradźwiękowych w badanym 

materiale oraz na pomiarach czasu przejścia fal przez materiał. 

Metody defektoskopii ultradźwiękowej dzielimy na metody: echa, cienia i rezonansu. W 

metodach tych falę ultradźwiękową biegnące w ośrodku ciągłym (badanym detalu) wytwarzamy 

za pomocą przetworników przyłożonych do powierzchni ośrodka. 

Metoda echa 

W metodzie tej wykorzystuje się zjawisko odbicia fali padającej na wadę materiałową 

(pęknięcie, pęcherze powietrza, wtrącenie niemetaliczne itp.) (rys.5). Odbicie następuje od 

granicy utworzonej przez ośrodek oraz wadę. Wada materiałowa jest, bowiem pewnym 

obszarem o akustycznej oporności falowej różniącej się na ogół znacznie od akustycznej 

oporności falowej badanego ośrodka. Jeżeli zatem stwierdzamy, że w badanym ośrodku 

występuje zjawisko odbicia fal, możemy stąd wnioskować o występowaniu nieciągłości. 

Ponadto, jeśli potrafimy zmierzyć czas, jaki upływa od chwili wysłania fali w badany ośrodek do 

chwili powrotu fali odbitej od nieciągłości, to znając prędkość rozchodzenia się fali możemy 

znaleźć drogę przebytą przez falę. W ten sposób jesteśmy w stanie wykryć i zlokalizować wadę 

materiałową występującą w ośrodku ciągłym. 

Metoda cienia 

Zasada metody cienia polega na wprowadzeniu fal ultradźwiękowych z jednej strony 

badanego przedmiotu i na odbieraniu ich z drugiej strony, po przejściu fal przez przedmiot, przy 

równoczesnej obserwacji natężenia przechodzących ultradźwięków (rys.6). Każda nieciągłość na 




drodze fal ultradźwiękowych odbija je tworząc za sobą jak gdyby cień, co powoduje osłabienie 

natężenia fal przechodzących przez obszar z wadą. 

Metoda rezonansu 

Metoda rezonansu oparta jest podobnie jak metoda echa na zjawisku odbicia fal 

ultradźwiękowych od nieciągłości (wady) jednak, podczas gdy w impulsowej metodzie echa 

odbicie od wady obserwuje się oddzielnie od obrazu fal wysyłanych, to w metodzie 

rezonansowej obserwujemy nałożenie się na siebie fal padających i odbitych. 

Naprężenia wywołane falami ultradźwiękowymi biegnącymi z różnych kierunków i 

spotykającymi się w danym miejscu ośrodka, dodają się do siebie. Jeżeli ciąg sinusoid naprężeń 

odbitych opóźniony jest względem ciągu sinusoid padających tak, że maksima tych naprężeń 

wypadają jednocześnie, mamy do czynienia z tzw. rezonansem amplitudy i obserwujemy 

największą amplitudę naprężenia w badanym materiale. Odbicie fal ultradźwiękowych między 

płaszczyznami równoległymi może zachodzić wielokrotnie i możemy otrzymywać wielokrotne 

zwiększenie amplitudy w stosunku do amplitudy fal padających. 

W defektoskopii ultradźwiękowej stosujemy dwie podstawowe odmiany metody 

rezonansowej: rezonans fali ciągłej i rezonans impulsowy. 

Badania radiologiczne 

Badania radiologiczne wykorzystuję zjawisko absorpcji promieniowania rentgenowskiego 

lub promieniowania radioaktywnego przez materiały. Opierają się one na prostoliniowym 

przebiegu, które praktycznie nie ulegają załamaniu przy przejściu przez różne materiały, dzięki 

czemu można obserwować rzeczywisty obraz przedmiotu na kliszy lub ekranie (rys.7). Źródłem 

promieniowania X jest lampa rentgenowska, a źródłem promieniowania γ - radioaktywny 

preparat naturalny (np. rad) lub sztuczny (np. Co 60 , Ir 192 ). Wiązka równoległych promieni 

przenika przez badany przedmiot, na którym zostaje częściowo rozproszona i absorbowana, 

częściowo zaś przepuszczona, dając na ekranie fluorescencyjnym lub kliszy fotograficznej obraz. 

Po przejściu wiązki przez warstwę o grubości d zmienia się jej natężenie zgodnie z zależnością: 

I=I 0 e -µd 

d - grubość warstwy, 

µ - współczynnik pochłaniania zależny od rodzaju materiału. 

I – natężenie wiązki po przejściu przez badany materiał 

I o – natężenie wiązki pierwotnej 

Jeżeli więc promienie przechodząc przez metal natrafią np. na pęcherz gazowy, to w miejscu 

tym tracą mniej na intensywności niż przechodząc przez metal. Odwrotnie, gdy przechodząc 

natrafią na wtrącenie o większym współczynniku pochłaniania niż metal osnowy (np. wtrącenie 

ołowiu w stopie miedzi), to zostaną bardziej osłabione po przejściu przez wtrącenie, niż przez 

osnowę. Obecność wad powoduje, więc różny stopień zaczernienia kliszy fotograficznej. 

Pomiar fotometryczny intensywności zaczernienia kliszy w miejscu zdrowym i w miejscu 

wady umożliwia określenie jej grubości w kierunku równoległym do promieniowania. Jednak 

określenie dokładnych rozmiarów i położenia wady wymaga prześwietlenia przedmiotu w 

dwóch prostopadłych kierunkach. 

Istotnym zagadnieniem w badaniach rentgenowskich jest wykrywalność wad, czyli czułość 

radiogramu. W celu określenia wykrywalności stosuje się wzorce kontrolne w postaci pręcików 

o grubości od 0,10 do 4 mm wykonane z aluminium, żelaza, miedzi (stosuje się je zależnie od 

badanego materiału). Wzorce układa się na przedmiocie prześwietlanym. Są one widoczne na 

radiogramie w postaci jasnych pasków. Wykrywalność metody sprawdza się obecnością śladów 

pręcików na radiogramie. Średnica najmniejszego widocznego wzorca odpowiada 

wykrywalności wady, co oznacza, że wszystkie wady o rozmiarach mniejszych są nieujawnione 

podczas badania. Wykrywalność powinna mieścić się w granicach 1,5 do 2% i grubości 

badanego przedmiotu. 




Badania penetracyjne 

Badania penetracyjne polegają na wykorzystaniu własności wnikania pewnych cieczy w 

najdrobniejsze powierzchniowe szczeliny, pęknięcia i pory. Zaletą badań penetracyjnych jest ich 

prostota, łatwość przeprowadzania w dowolnych warunkach otoczenia i niezależność od rodzaju 

materiału badanego przedmiotu. Za pomocą badań penetracyjnych można wykryć pęknięcia, 

pory i szczeliny, jeżeli wady te wychodzą na powierzchnię badanego przedmiotu. 

Badania penetracyjne polegają na wykonaniu następujących czynności : 

- naniesieniu płynu penetracyjnego na badaną powierzchnię 

- odczekaniu czasu potrzebnego na wniknięcie penetranta w szczeliny 

- usunięciu penetranta z badanej powierzchni 

- naniesieniu wykrywacza na badaną powierzchnię, który wywabia ze szczelin penetrant na 

powierzchnię 

- oględzinach miejsc badanych i ujawnieniu wad 

- usunięciu wykrywacza. 





1.Badania radiologiczne. Opierając się na wskazówkach prowadzącego dokonać obserwacji na 

ekranie podświetlanym przykładowych błon rentgenograficznych. Następnie wykonać szkice 

obrazów, zaznaczyć i scharakteryzować występujące na nich wady. 

2.Badania ultradźwiękowe. Wykonać szkice próbki prostopadłościennej z zaznaczonymi wadami 

oraz szkice obrazów na oscyloskopie w poszczególnych obszarach badań. Z obrazu 

oscyloskopowego wyznaczyć położenie wad i wyniki porównać z rzeczywistym 

umiejscowieniem wad w przedmiocie. 

3.Badania penetracyjne. Przeprowadzić badania penetracyjne wału korbowego oraz wykonać 

jego szkic z zaznaczeniem wykrytych wad. 


1.Defektoskop ultradźwiękowy 

2.Zestaw odczynników do badań penetracyjnych 

3.Negatoskop 

4.Klisze fotograficzne i elementy przeznaczone do badań 

Sprawozdanie: 

1. Omówienie celu ćwiczenia 

2. Wnioski. 

Literatura. 

1. Janas R: Materiałoznawstwo z ćwiczeniami laboratoryjnymi PWN 1987 



Ćwiczenie nr 6: Badania wizualne i makroskopowe. 

BADANIA WIZUALNE I MAKROSKOPOWE 


Zaznajomienie z metodyką badań okiem nieuzbrojonym lub przy użyciu lupy, w celu określenia 

wad powstałych w procesie technologicznym wytwarzania, montażu, lub eksploatacji części maszyn. 

Wstęp teoretyczny 

Badania makroskopowe przeprowadzane na wytrawionych powierzchniach próbek lub na 

powierzchniach przełomów mają na celu: 

1.Ujawnienie niejednorodności składu chemicznego; 

2.Określenie struktury pierwotnej (makrostruktury); 

3.Ujawnienie niejednorodności składu i struktury, wywołanych przez obróbkę cieplną lub 

cieplno-chemiczną; 

4.Ujawnienie niejednorodności strukturalnych pochodzenia mechanicznego, a także 

spowodowanych spawaniem, zgrzewaniem itp.; 

5.Wykrycie wad stanowiących nieciągłości materiałowe; 

6.Oznaczenie wtrąceń niemetalicznych; 

7.Wybór miejsca pobrania próbek do dalszych badań. 

Odczynniki makroskopowe najczęściej stosowane w badaniach stopów żelaza oraz ujawniane w 

badaniu efekty zestawiono w PN-64/H-04502. 

Ujawnianie niejednorodności składu chemicznego stopów żelaza sprowadza się często do 

ujawniania segregacji zanieczyszczeń fosforem i siarką, powstałej w wyniku procesu krzepnięcia i 

zmienionej następnie podczas obróbki plastycznej. Nasilenie segregacji fosforu, a także siarki jest 

wskaźnikiem niejednorodności badanego materiału. 

Ujawnienie segregacji fosforu, szczególnie przez trawienie odczynnikiem Oborhoffera (Ma2Fe), 

umożliwia określenie struktury pierwotnej. W procesie krzepnięcia fosfor, podobnie jak siarczki 

wypierany jest na granice ziaren pierwotnych i lokuje się w przestrzeniach międzyosiowych 

dendrytów lub w obszarach peryferyjnych globulitów. Rozmieszczenie fosforu, w przeciwieństwie do 

innych składników występujących w roztworze, nie ulega większym zmianom nawet podczas 

wyżarzania ujednorodniającego; stąd też ujawniając rozmieszczenie fosforu uwidacznia się 

równocześnie kształt i wielkość ziarn struktury pierwotnej. Rozbicie struktury pierwotnej podczas 

obróbki plastycznej powoduje zmianę rozłożenia zanieczyszczeń; trawienie próbek podłużnych 

umożliwia wówczas szacunkową ocenę stopnia przerobu plastycznego. Dla dużych wartości stopnia 

przerobu charakterystyczne jest występowanie w makrostrukturze licznych drobnych pasemek, na 

przemian zawierających mało i dużo fosforu. Przy małych stopniach przerobu np. w dużych 

odkuwkach w makrostrukturze zachowane są pozostałości struktury pierwotnej; pasmowość jest słabo 

zaznaczona i widoczne są odkształcone dendryty. 

Ujawnianie rozmieszczenia siarki ma na celu nie tylko sprawdzenie makroskopowej jednorodności 

materiału. W przypadku dużych odkuwek, swobodnie kutych, odbitka z próby Baumana (Ma3Fe) 

może służyć do sprawdzenia współosiowości wlewka i odkuwki. Ma to szczególne znaczenie w 

odniesieniu do takich elementów, jak np. wały wirników turbin, które wskutek rozszerzalności 

cieplnej mogą przy braku współosiowości wykazywać podczas pracy niekorzystne, niesymetryczne 

odkształcenia. Przy ujawnianiu rozmieszczenia siarki warto także zwrócić uwagę na możliwość 

zwiększenia zawartości wtrąceń siarczkowych w warstwie powierzchniowej przedmiotu. 

Wynika to zazwyczaj z długiego nagrzewania wsadu w piecach opalanych gazem lub olejem o 

znacznej zawartości siarki i może być przyczyną powstawania pęknięć podczas obróbki plastycznej na 

gorąco. 




Poza segregacją fosforu i siarki bada się także rozmieszczenie węgla (odczynniki Anczyca lub 

Heyna(Ma1Fe)) oraz składników stopowych, które mogą wykazywać nadmierną segregację w stopach 

lanych. W odniesieniu do stali obróbka plastyczna oraz długotrwałe wygrzewanie wlewków 

zapewniają na ogół równomierne rozmieszczenie składników. Wyjątek stanowią stale ledeburytyczne, 

w których częstym zjawiskiem jest segregacja węglików, uszeregowanych w pasma równolegle do 

kierunku obróbki. 

W stalach obrobionych cieplnie trawienie próbek 5-procentowym nitalem(Ma 14Fe) umożliwia 

wykrycie warstwy nawęglonej lub odwęglonej, a także ujawnienie głębokości zahartowania oraz 

miękkich plam na powierzchni przedmiotów hartowanych (w tym przypadku dobre wyniki osiąga się 

przy zastosowaniu 50% roztworu wodnego kwasu solnego). 

Trawienie odczynnikiem Fry-makro (Ma 8Fe) umożliwia ujawnienie skłonności stali 

niskowęglowej do starzenia. Aby przyspieszyć proces starzenia materiał poddaje się ok. 10% 

odkształceniu plastycznemu, które powoduje zwiększenie współczynnika dyfuzji, zwłaszcza w 

miejscach o zwiększonej pod wpływem gniotu gęstości dyslokacji. Podczas sztucznego starzenia 

(200—250°C w czasie 1—5 h) następuje dyfuzja atomów międzywęzłowych do miejsc 

zdefektowanych i wydzielanie składników trzeciorzędowych, co przebiega szczególnie intensywnie w 

obszarach o dużym zagęszczeniu pasm poślizgu. Obecność wydzieleń obniża potencjał 

elektrochemiczny zawierających je obszarów, które jako anody są selektywnie atakowane podczas 

trawienia i przybierają ciemne zabarwienie. Stale ulegające starzeniu wykazują na wytrawionym 

zgładzie pasma odkształcenia („linie sił") w postaci ciemnych pasemek wnikających klinowo w głąb 

materiału pod kątem 45° do powierzchni. Kierunek pasm odkształcenia pokrywa się z kierunkiem 

działania maksymalnych naprężeń stycznych, usytuowanych podobnie do kierunku maksymalnych 

naprężeń normalnych. 

Jak wiadomo, obniżenie własności plastycznych stali w wyniku starzenia spowodowane jest 

głównie wydzielaniem z ferrytu azotków Fe 4 N. Stale nie starzejące się, nie zawierające azotu lub 

uspokojone za pomocą Al (co zapobiega wydzielaniu azotków Fe 4 N wskutek związania azotu w AlN) 

nie ujawniają pasm płynięcia po trawieniu odczynnikiem Fry-makro(Ma 8 Fe). 

Głębokie wytrawianie ma na celu ujawnienie wad makroskopowych stanowiących nieciągłości 

materiału, jak pęknięcia, rzadzizny, zawalcowania itp., a także uwidocznienie przebiegu włókien w 

materiałach walcowanych lub kutych. Wyniki badania zależą głównie od składu chemicznego odczynnika, 

temperatury i czasu wytrawiania, a w pewnej mierze także od przygotowania powierzchni 

próbki. Ponieważ stosowane odczynniki działają bardzo energicznie, uzyskuje się często 

wyolbrzymiony obraz wady; np. wtrącenia siarczkowe przy zbyt długim czasie trawienia mogą 

pozornie nawet ~200-krotnie zwiększyć swe wymiary. Dla zachowania porównywalności wyników 

konieczne jest ścisłe przestrzeganie warunków trawienia. 

Głębokie wytrawianie powoduje poszerzenie przerw materiałowych. Przy zawalcowaniach, 

pęknięciach odlewniczych, rzadziznach, pęcherzach itp., interpretacja obrazu nie jest trudna. 

Natomiast przy ujawnianiu drobnych nieciągłości, np. płatków, ocena wyników próby może być 

niejednoznaczna. Do ujawniania płatków lepiej nadaje się odczynnik działający mniej energicznie, np. 

nasycony roztwór wodny chlorku miedziowo-amonowego (Ma 1 Fe). Odczynnik ten nie powiększa 

pęknięć i wykrycie płatków możliwe jest przy zastosowaniu lupy. Ponieważ lepsze wyniki uzyskuje 

się dla stali o strukturze drobnoziarnistej, celowe jest niekiedy stosowanie obróbki cieplnej próbek, 

zapewniającej rozdrobnienie struktury. 

Zastosowanie odczynnika powodującego zabarwienie ziaren umożliwia ujawnienie wielkości 

ziarna w stalach gruboziarnistych. Różnice w zabarwieniu poszczególnych ziaren wynikają z 

odmiennej orientacji krystalograficznej. Najlepsze efekty uzyskuje się w stalach i staliwach 

ferrytycznych (np. stale transformatorowe) oraz austenitycznych (staliwo kwasoodporne). Odczynniki 

takie nadają się również do ujawniania makrostruktur złącz spawanych, a także do wykrywania 

niejednorodności struktury spowodowanych spawaniem lub zgrzewaniem(Ma 11Fe i Ma 21÷23Fe) 




Wielu cennych informacji dostarczają także badania makroskopowe przełomów. 

Charakter przełomu — transkrystaliczny, międzykrystaliczny lub mieszany, doraźny lub 

zmęczeniowy, ciągliwy lub kruchy, gruboziarnisty albo drobnoziarnisty — stanowi podstawę do 

wstępnej jakościowej oceny materiału, jego jednorodności i czystości. Przełom przebiega przez 

miejsca najsłabsze, a tym samym może ujawnić wady materiału, tzn. pozostałość jamy skurczowej, 

płatki, pęcherze, wtrącenia niemetaliczne i inne. Ocenę tę przeprowadza się zarówno na przełomach 

próbek wytrzymałościowych, udarnościowych czy technologicznych (np. próba przełomu 

niebieskiego),jak i na przełomach elementów, które uległy awaryjnemu zniszczeniu podczas pracy. 

Przełom ujawnia często przebieg zniszczenia, co pozwala na określenie kierunku i zakresu badań 

niezbędnych do ustalenia jego przyczyny. 

Tab.1 Schematy złomów zmęczeniowych prętów poddanych różnym obciążeniom zmiennym. 

Rys.1 Cech powierzchni złomów zmęczeniowych; 

1- ognisko, 2- strefa przyogniskowa, 3- uskoki pierwotne, 4- uskoki wtórne, 5- linie spoczynkowe, 6- 

strefa przejściowa, 7- strefa resztkowa, 8- kierunek obrotów wału. 


Ilustracje. 



Rys.2 Przekrój poprzeczny piaskowego odlewu mosiężnego ( tzw. gąski). Traw. chlorkiem żelazawym 

w kwasie solnym. 

Rys.3 przekrój wzdłużny stalowej odkuwki. Traw. Odczynnikiem Oberhoffera (Ma2Fe). 

Rys.4 Zażużlenie w odlewie żeliwnym. Pow. 3x 




Rys.5 Makrostruktura fragmentu koła zębatego hartowanego powierzchniowo. 

Traw. Nitalem (Ma14Fe)Pow.4,8x 

Rys.6 Uszkodzenia korozyjne zgrzewanych rur ciepłowniczych (wewnętrzna powierzchnia ) 

a) perforacja w okolicy grani , b,c) perforacje w zgrzeinie . 

Rys.7 Złącze kątowe ze spoiną dwustronną. 

Traw. odczynnikiem Adlera (Ma 11Fe) 




Rys.8 Złącze obwodowe na zakładkę podgiętą. Traw. Odczynnikiem Adlera (Ma 11Fe). 

Rys.9 Przykładowe złomy zmęczeniowe wałów wywołane; c) wysokim, d) średnim, e) niskim 

obciążeniem. a,b) dwa widoki złomu. 

Rys.10 Złom zmęczeniowy koła zębatego. 





1. Zapoznanie się z różnicami w budowie odlewów piaskowych i kokilowych. Dokonać oceny 

ich jakości i podać przyczyny ujawnionych (ewentualnie) wad materiałów. 

2. Przeprowadzić ocenę jakości wykonania przedmiotu poddanego przeróbce plastycznej pod 

względem: 

a. pasmowości 

b. segregacji siarki i fosforu 

c. różnic między materiałem kutym i walcowanym. 

3. Porównanie wyglądu złomów awaryjnych 

a. kruchych. 

b. ciągliwych. 

4. W badanym elemencie określić warunki i przyczyny powstania złomu zmęczeniowego. 

5. Podać cechy charakterystyczne elementów zużytych przez: 

a. ścieranie 

b. zatarcie 

c. nadmierny nacisk 

d. korozję (erozję) 

6. Przeprowadzić ocenę jakości wykonania badanych spoin i zgrzewów. 

7. Przeprowadzić badania makroskopowe części obrabianych cieplnie (cieplnochemicznie) 



2. Zestaw odczynników do trawienia makroskopowego 

3. Papier fotograficzny bromosrebrowy, utrwalacz. 

4. Próbki. 


1. Dokonać oględzin otrzymanych próbek, na których będą wykonywane badania wymagające 

zgładów metalograficznych. 

2. Przeprowadzić czynności konieczne do wykonania badań metalograficznych makroskopowych 

z użyciem odczynników. 

3. Wybrać odpowiednie odczynniki. 

4. Na wybranych elementach przeprowadzić próbę Baumana (zgodnie z PN-87/ H-04514) w celu 

określenia miejsc wzbogaconych w siarkę . 

Sprawozdanie: 


2. Dokładny opis przeprowadzonych badań z uzasadnieniem doboru odczynników, oraz innych 

warunków badania. 

3. Rysunki i odbitki makrostruktur 

4. Opis rysunków. 

5. Wnioski. 

Literatura. 

1. Szumer A., Ciszewski A., Radomski T.: Badania własności i mikrostruktury materiałów. 

Oficyna Wydawnicza P.W. Warszawa 2000. 

2. Dobrzański L. A.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali. Wydawnictwo P.Ś 

Gliwice 1993. 

3. Przybyłowicz K.: Metody badania metali i stopów. Wydawnictwo AGH Kraków 1997. 



Ćwiczenie nr 7: Badania twardości. 

BADANIA TWARDOŚCI 


Zaznajomienie się z pomiarami twardości metali metodami BRINELLA VICKERSA i 

ROCKWELLA w szczególności: 

−Zakresem stosowania 

−Zasadami i warunkami wykonywania pomiarów 

−Aparaturą do pomiarów i praktycznym wykonaniem pomiarów. 

Wprowadzenie. 

Twardość jest właściwością, której nie można zdefiniować jednoznacznie. W różnych próbach, 

których celem jest pomiar twardości, w rzeczywistości mierzy się różne własności. Próby te można 

sklasyfikować w zależności od rodzaju oporu materiału, stawianego podczas próby; 

Metody statyczne pomiaru twardości –polegają na wciskaniu wgłębnika w badany materiał poza 

granicę sprężystości, do spowodowania odkształceń trwałych. Przy zastosowaniu tych metod 

twardość można określić jako miarę odporności materiału na odkształcenia trwałe powstające w 

wyniku wciskania wgłębnika. 

Metoda BRINELLA -polega na wgniataniu w badany materiał kulki stalowej hartowanej lub kulki 

z węglików spiekanych. Twardość jest proporcjonalna do stosunku obciążenia do powierzchni 

czaszy kulistej trwałego odcisku i obliczona na podstawie pomiaru średnicy trwałego odcisku, 

dokonanego po odciążeniu. 

Warunki badania określa PN 91/H 04350,wymagania odnośnie twardościomierzy PN EN ISO 

6506-2,zaś wzorców PN EN ISO 6506-3. 

Metoda ROCKWELLA -polega na dwustopniowym wciskaniu w badany materiał stożka 

diamentowego o kącie wierzchołkowym 120° lub kulki salowej o średnicy 1/16” ew.1/8” oraz 

pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku po odciążeniu. Warunki badania określa PN EN 

ISO 6508-1,wymagania odnośnie twardościomierzy PN EN ISO 6508-2,zaś wzorców PN EN ISO 

6508-3 

Metoda VICKERSA -polega na wciskaniu w metal diamentowego ostrosłupa o podstawie 

kwadratu i kącie między przeciwległymi ścianami równym 136°.Twardość jest proporcjonalna do 

stosunku obciążenia do powierzchni bocznej trwałego odcisku. Warunki badania określa PN EN 

ISO 6507-1,wymagania odnośnie twardościomierzy PN EN ISO 6507-2,zaś wzorców PN EN ISO 

6507-3 

Nieznormalizowane sposoby statyczne 

Pomiar twardości Brinella na podstawie głębokości odcisku, którą można wyrazić wzorem:, 

h=1/2(D-√(D 2 -d 2 )) 

do pomiarów wykorzystuje się twardościomierz Rockwella ,zaś twardość oznacza „HR” 

Pomiar twardości Vickersa na podstawie głębokości odcisku,która wyraża się wzorem:, 

h=d √2/4tg (α/2)≅0,143d 

do pomiarów wykorzystuje się twardościomierz Rockwella 

Pomiar twardości przy użyciu wgłębnika Rockwella na podstawie pomiaru średnicy. 

HU=F/(0,907d 2 -0,003) 

Metoda Chruszczowa-Bierkowicza-polega na zastosowaniu wgłębnika diamentowego w kształcie 

ostrosłupa trójściennego,którego ściany są pochylone względem osi ostrosłupa pod kątem 

65°.Twardość jest proporcionalna do stosunku obciążenia do powierzchni trwałego odcisku i 

wynosi:, 

HCH =1570×0,102F/l 2 

l-wysokość trójkąta odcisku w µm 

Metoda Ludwika –polega na wciskaniu stalowego stożka o kącie rozwarcia 90°.Twardość jest 

zdefiniowana stosunkiem obciążenia pomiarowego do pola bocznej powierzchni trwałego odcisku. 

HL=F/√2 (πd 2 /4)=0,903F/d 2 

MetodaUCI(Ultrasonic Contact Impedance)-polega na wciskaniu ostrosłupa Vickersa 

zamocowanego na końcu pręta wzbudzanego do drgań wzdłużnych przez przetwornik 




piezoelektryczny .Twardość jest zdefiniowana zmianą częstotliwości drgań, która jest 

proporcjonalna do rozmiaru odcisku, zgodnie z zależnością: 

∆f≈E√A 

gdzie: ∆f- zmiana częstotliwości, A-powierzchnia odcisku, E- moduł Younga 

Metody magnetyczne i elektryczne- polegaja na pomiarze właściwości magnetycznych lub 

elektrycznych, które zmieniają się wraz ze struktura materiału. Metody te są typowymi metodami 

porównawczymi. 

Metody dynamiczne pomiaru twardości. 

Metoda Shore’a-polega na pomiarze wysokości odbicia od badanego materiału obciążnika 

stalowego z końcówką diamentową lub rubinową o masie 2,626g swobodnie spadającego z 

wysokości 275 mm. 

Młotek Poldi -polega na równoczesnym wgniataniu kulki stalowej o średnicy 10 mm w badany 

materiał i próbkę wzorcową, w trakcie uderzenia w sworzeń urządzenia młotkiem o masie 500g.Po 

porównaniu średnic odcisków w próbce badanej d i próbce wzorcowej dw szukana twardość może 

być obliczona w skali Brinella z zależności: 

HB═[10-√(100-dw²)]/[10-√(100-d²)] 

Twardościomierz spreżynowo-udarowy Baumana-polega na uderzeniu bijaka zakończonego kulką 

10mm lub 5 mm wywołanego rozprężeniem sprężyny. Energia uderzenia odpowiada naciskowi 

statycznemu 5000N lub 2500N.Twardość Brinella oblicza się z tablic. 

Metoda Leeba-RHT(Rebound Hardness Testing) –polega na pomiarze straty energii bijaka o masie 

5,5g zakończonego kulką z węglika wolframu o średnicy 3mm,który jest wystrzeliwany w 

kierunku badanej powierzchni siłą sprężyny. Twardość jest określana na podstawie pomiaru 

prędkości przed i po zderzeniu z zależności: 

HL=1000V l /V r 

Niezależnie od metody pomiaru twardości dla ograniczenia subiektywnych błędów pomiarów 

należy przestrzegać następujących zasad: 

-wykorzystywać nieuszkodzone wgłębniki 

-stosować obciążenia odpowiednie do grubości, spodziewanej twardości, rodzaju i jednorodności 

materiału, 

-zapewnić prostopadłość powierzchni badanej w stosunku do osi wgłębnika, 

-zapewnić sztywność podparcia próbek i zgodność działania siły z osią ułożenia próbki, 

-chropowatość powierzchni pomiarowej powinna być odpowiednia dla metody pomiaru, 

-zapewnić odpowiednią odległość odcisków. 


1. Zapoznanie się z budową, działaniem i obsługą twardościomierzy ROCKWELLA 

BRINELLA, BRINELLA-VICKERSA. 

2. Wykonanie pomiarów twardości; poszczególnych próbek różnymi metodami z zachowaniem 

ograniczeń dotyczących zakresu ich stosowania. 

3. Porównanie wyników pomiarów wykonanych różnymi metodami. 

Wyposażenie stanowiska 

1. Twardościomierze: 

−ROCKWELL-VILSON i TKC-14-250 

−BRINELL-VICKERS-HPO 250; 

2. Normy: 

−PN EN ISO 6507-1 1999 Metale. Pomiar twardości sposobem VICKERSA. Metoda 

badań. 

−PN EN ISO 6508-1 2002 Metale. Pomiar twardości sposobem ROCKWELLA. Część 

1.Metoda badań (skale A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T). 

−PN 91/H 04350. Pomiar twardości metali sposobem BRINELLA. 




3. Próbki:-stal średniowęglowa wyżarzona, stal po hartowaniu i odpuszczaniu, stal po 

nawęglaniu i hartowaniu, stal po azotowaniu, stop Al, stop Cu, taśma stalowa, narzędzie ze 

stali szybkotnące, żeliwo, 

Kolejność czynności. 

1. Korzystając z instrukcji obsługi zapoznać się z obsługą i zasadą działania twardościomierzy. 

2. Wybrać metody, skale ,wgłębniki i obciążenia odpowiednie dla poszczególnych próbek. 

3. Przeprowadzić pomiary zgodnie z wyborem wg pkt. 2. wykonujac po trzy odciski: 

−Metodą Rockwella -skala A,B,C,15N 

−Metodą Vickersa -obciążenia 49,03N (HV5),98,07N(HV10),294,2N(HV30),980,7N(HV100) 

−Metodą Brinella -kulka 2,5mm obciążenia 153,2N,306,5N,612,9N,1839N 

4. Porównać wyniki pomiarów twardości 

Sprawozdanie 

1. Opis zasad pomiarów twardości poszczególnymi metodami i zakres ich stosowania. 

2. Dane dotyczące poszczególnych próbek. 

3. Wyniki pomiarów twardości. 

4. Porównanie wyników pomiarów uzyskanych różnymi metodami dla każdej próbki i 

odniesienie ich do PN-93/H 04357 

5. Wnioski. 

Literatura: 

1. Dobrzański L. A., Nowosielski R.: Metody badań metali i stopów. Badania własności 

fizycznych. WNT Warszawa 1987. 

2. Błażewski S. Mikoszewski J. : Pomiary twardości metali WNT Warszawa 1981. 

3. Przybyłowicz K.: Metody badań metali i stopów. Wydawnictwo AGH Kraków 1997. 

4. Ciszewski A., Radomski T., Szummer Badania własności i materiałów.mikrostruktury 

Oficyna wydawnicza PW Warszawa 2000. 

5. Normy: 

PN-EN 1043-1 2000 Spawalnictwo. Badania niszczące metalowych złączy 

spawanych. Próba twardości złączy spawanych łukowo. 

PN-EN 23878-1996 

PN-EN 24498-1 1996 

PN-ISO 4498-2 2000 

PN-ISO 4384-1 1996 

PN-ISO 4384-2 1996 

PN-93/H-04357 

PN-64/M-69751 

PN-EN 288-3 1994 

PN-EN 288-4 1997 

PN-EN ISO 6506-2 2002 

PN-EN ISO 6506-3 2002 

Węgliki spiekane. Pomiar twardości sposobem Vickersa 

Spiekane materiały metaliczne z wyjątkiem węglików 

spiekanych. Pomiar twardości pozornej materiałów o 

zasadniczo jednorodnej twardości na przekroju. 

Spiekane materiały metaliczne z wyjątkiem węglików 

spiekanych. Pomiar twardości pozornej. Utwardzone 

dyfuzyjnie materiały na osnowie żelaza, wzbogacone 

powierzchniowo w węgiel lub węgiel i azot. 


Materiały wielowarstwowe 



Stal i staliwo. Tablice porównawcze twardości określonej 

sposobem Rockwella, Vickersa, Brinella, Shore’a i 

wytrzymałości na rozciąganie 

Próba twardości złącz spawanych i zgrzewanych 

Wymagania dotyczące technologii spawania metali i jej 

uznawanie. Badania technologii spawania łukowego stali. 

Wymagania dotyczące technologii spawania metali i jej 

uznawanie. Badania technologii spawania łukowego 

aluminium i jego stopów. 

Metale.Pomiar twardości sposobem Brinella.Sprawdzanie 

twardościomierzy 

Metale. Pomiar twardości sposobem Brinella. Kalibracja 




PN-EN ISO 6507-2 1999 

PN-EN ISO 6507-3 1999 

PN-EN ISO 6508-2 2002 

PN-EN ISO 6508-3 2002 

wzorców twardości do sprawdzania twardościomierzy 

Brinella. 

Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa. Sprawdzanie 


Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa. Kalibracja 

wzorców twardości.. 

Metale. Pomiar twardości sposobem Rockwella. Sprawdzanie 


Metale. Pomiar twardości sposobem Rockwella.Kalibracja 

wzorców twardości do sprawdzania twardościomierzy 

Rockwella. 



Ćwiczenie nr 8: Badania mikrotwardości. 

BADANIA MIKROTWARDOŚCI 


Zaznajomienie się z pomiarami mikrotwardości metodami VICKERSA i KNOOPA w 

szczególności: 

−Zakresem stosowania 

−Zasadami i warunkami wykonywania pomiarów 

−Aparaturą do pomiarów i praktycznym zastosowaniem pomiarów. 


Twardość mierzona przy obciążeniu wgłębnika poniżej 9,81 N (1 kG) nosi nazwę 

mikrotwardości. 

Małe rozmiary odcisków umożliwiają pomiary twardości składników fazowych i 

mikrostrukturalnych w stopach metali, pojedynczych ziaren i wtrąceń niemetalicznych. 

Mikrotwardość wykorzystuje się w badaniach procesów dyfuzji, efektów odkształcenia 

plastycznego, anizotropii własności, zjawisk zachodzących w pobliżu granic ziaren oraz 

badaniach wpływu różnych czynników i procesów na własności materiałów. 

W pomiarach mikrotwardości wykorzystuje się następujące metody: 

VICKERSA- polega na wciskaniu w metal diamentowego ostrosłupa o podstawie kwadratu i kącie 

między przeciwległymi ścianami równym 136°.Twardość jest proporcjonalna do stosunku 

obciążenia do powierzchni bocznej trwałego odcisku. 

Warunki badania określa PN EN ISO 6507-1,wymagania odnośnie twardościomierzy PN EN ISO 

6507-2,zaś wzorców PN EN ISO 6507-3 

KNOOPA- polega na statycznym wgniataniu wgłębnika w kształcie ostrosłupa o podstawie rombu 

i kątach między przeciwległymi ścianami równymi 172°30’i 130°.Twardość jest proporcjonalna 

do stosunku obciążenia do powierzchni rzutu trwałego odcisku. 

Warunki badania określa norma PN-ISO 4545,wymagania odnośnie twrdościomierzy PN-ISO 

4546,zaś wzorców PN-ISO 4545 

Nieznormalizowane sposoby pomiaru mikrotwardości. 

Metoda Grodzińskiego- polega na wciskaniu w badany materiał wgłębnika w kształcie 

podwójnego stożka. Twarrdość jest proporcjonalna do stosunku obciążenia do powierzchni 

trwałego odcisku i wynosi: 

HG=0,102F/cl³ 

Gdzie: F- obciążenie w N, l-długość odcisku w mm, c=tgα/6r-stała dla danego stożka, jeżeli α-kąt 

między tworzącymi, r- promień podstawy stożków w mm 

Wykorzystywana głównie przy pomiarach bardzo twardych materiałów-w tym węglików. 

Metoda Chruszczowa-Bierkowicza - polega na zastosowaniu wgłębnika diamentowego w 

kształcie ostrosłupa trójściennego, którego ściany są pochylone względem osi ostrosłupa pod 

kątem 65° 

.Twardość jest proporcjonalna do stosunku obciążenia do powierzchni trwałego odcisku i wynosi: 

HCH =1570×0,102F/l² 

l-wysokość trójkąta odcisku w µm 

MetodaUCI(Ultrasonic Contact Impedance)-polega na wciskaniu ostrosłupa Vickersa 

zamocowanego na końcu pręta wzbudzanego do drgań wzdłużnych przez przetwornik 

piezoelektryczny .Twardość jest zdefiniowana zmianą częstotliwości drgań, która jest 

proporcjonalna do rozmiaru odcisku, zgodnie z zależnością: 

∆f≈E√A 

gdzie: ∆f- zmiana częstotliwości ,A-powierzchnia odcisku, E -moduł Younga 

Metoda Leeba -RHT(Rebound Hardness Testing)–polega na pomiarze straty energii bijaka o 

masie 5,5g zakończonego kulką z węglika wolframu o średnicy 3 mm, który jest wystrzeliwany w 

kierunku badanej powierzchni siłą sprężyny. Twardość jest określana na podstawie pomiaru 

prędkości przed i po zderzeniu z zależności: 

HL=1000V l /V r 




Zadania do wykonania 

1. Zapoznanie się z budową, działaniem i obsługą mikrotwardościomierzy do pomiarów 

metodami VICKERSA i KNOOPA. 

2. Wykonanie pomiarów mikrotwardości; składników fazowych, warstwy dyfuzyjnej, spoiny. 

Wyposażenie stanowiska 

1. Mikrotwardościomierze: HANEMANA, PMT-3, ZWICK 3212, SOPOLEM, CLEMEX. 

2. Normy: 

−PN-EN ISO 6507-1 1999;Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa. Metoda badań 

−PN-ISO 4545 1996;Metale. Pomiar twardości metodą KNOOPA. 

−PN-ISO 10250 1997;Metale. Pomiar twardości. Tablice twardości KNOOPA 

3. Próbki:- stal średniowęlowa-wyżarzona, stal wysokowęglowa-wyżarzona, stal narzędziowa 

stopowa, warstwa nawęglana i hartowana, warstwa azotowana, spoina, żeliwo, stop Al., stop 

Cu. 

Kolejność czynności. 

1. Korzystając z instrukcji obsługi zapoznać się z obsługą i zasadą działania 

mikrotwardościomierzy. 

2. Dobrać metodę, obciążenie, mikrotwardościomierz, oraz procedurę pomiarów dla 

poszczególnych próbek. 

3. Przeprowadzić pomiary zgodnie z wyborem wg pkt. 2. 

4. Porównać wyniki pomiarów mikrotwardości z wynikami pomiarów twardości. 

Sprawozdanie 

1. Opis różnic pomiarów mikrotwardości w porównaniu z pomiarami twardości przy większym 

obciążeniu. 

2. Wyniki pomiarów mikrotwardości w postaci wartości liczbowych i wykresów wraz z opisem 

badanych próbek. 

3. Porównanie wyników pomiarów dla różnych materiałów, faz lub składników 

mikrostrukturalnych. 

4. Wnioski. 

Literatura: 


fizycznych WNT Warszawa 1987. 

2. Błażewski S. Mikoszewski J.: Pomiary twardości metali WNT Warszawa 1981. 


4. Ciszewski A., Radomski T., Szummer A.: Badania własności i materiałów, mikrostruktury 

Oficyna wydawnicza PW Warszawa 2000. 

5. Normy: 

PN-EN 1043-2 2000 

PN ISO 2639 1999 

PN ISO 3754 1999 

PN ISO 3887 1999 

PN ISO 4384-1 1996 

PN ISO 4384-2 1996 

PN ISO 4498-2 2000 


Próba twardości złączy spawanych łukowo. Próba mikrotwardości 


Stal. Określanie umownej grubości warstwy nawęglonej i 

zahartowanej. 

Stal. Określanie umownej grubości warstwy zahartowanej 

płomieniowo lub indukcyjnie. 

Stal niestopowa i niskostopowa. Określanie głębokości i odwęglenia. 








azot. 


PN ISO 4970 2001 

PN-EN 23878 1996 

PN-EN 24498-1 1996 

PN-80/H-04614 



Stal. Wyznaczanie całkowitej lub umownej grubości cienkich warstw 


Węgliki spiekane. Pomiar twardości sposobem Vickersa 


Pomiar twardości pozornej materiałów o zasadniczo jednorodnej 


Ochrona przed korozją. Określenie mikrotwardości powłok 

metalowych 

PN-EN ISO 6507-2 1999 Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa. Sprawdzanie 


PN-EN ISO 6507-3 1999 Metale. Pomiar twardości sposobem Vickersa. Kalibracja wzorców 

twardości.. 

PN ISO 4546 1999 

PN ISO 4547 1999 

Metale. Pomiar twardości. Sprawdzanie twardościomierzy. Knoopa. 

Metale. Pomiar twardości. Kalibracja wzorców twardości do 

sprawdzania twardościomierzy Knoopa. 



Ćwiczenie nr 9: Pomiary twardości. 

POMIARY TWARDOŚCI W BADANIACH METALOGRAFICZNYCH 


Zaznajomienie z zakresem stosowania, zasadami i warunkami wykonywania pomiarów twardości 

wyrobów o różnym kształcie, wymiarach i z różnych materiałów na przykładzie badań próbek 

specyficznych. 

Wprowadzenie. 

W praktyce zachodzi konieczność pomiaru twardości przedmiotów o różnym kształcie i 

wymiarach, wykonanych z różnych materiałów, z wykorzystaniem różnych technologii. Normy 

określające metody badania twardości (Brinella, Vickersa, Rockwella i Knoopa) nie zawierają 

wyczerpujących wytycznych uwzględniających specyfikę poszczególnych rozwiązań. 

Wprowadzonych zostało szereg norm narzucających tryb postępowania w najczęściej spotykanych 

przypadkach (odlew, spoina, powłoki, warstwy dyfuzyjne, spieki, itp.)Sposób i warunki pomiarów 

są również określane w dokumentacji technicznej wyrobu. Niezależnie od tego, jako generalną 

zasadę należy przyjąć to, że sposób i warunki pomiaru powinny być tak dobrane, aby badany 

przedmiot nie uległ uszkodzeniu i aby po wykonaniu pomiaru mógł być zastosowany zgodnie z 

jego przeznaczeniem. Podane poniżej ogólne zasady doboru sposobu pomiaru, w zależności od 

kształtu badanego przedmiotu oraz uwarunkowania zawarte w normach pozwolą w znakomitej 

większości przypadków spełnić ten postulat. 





1. Zapoznanie się warunkami pomiarów twardości określonymi w normach przedmiotowych dla 

wybranych próbek. 

2. Wykonanie pomiarów twardości próbek przydzielonych do indywidualnych badań. 

3. Ocena i porównanie wyników pomiarów wykonanych metodami i przy obciążeniach 

określonych w normach przedmiotowych. 


1. Twardościomierze: 

− ROCKWELL - VILSON i TKC 14-250; 

− BRINELL - VICKERS-HPO 250; 

− VICKERS – KNOOP-ZWICK 3212; 

− MIKROTWARDOŚCIMIERZ – SOPELEM; 

2. Normy: 

PN-EN 1043-1 2000 Spawalnictwo. Badania niszczące metalowych złączy spawanych. 

Próba twardości złączy spawanych łukowo. 

PN-EN 1043-2 2000 Spawalnictwo. Badania niszczące metalowych złączy spawanych. 

Próba twardości złączy spawanych łukowo. Próba mikrotwardości 


PN 64/M 69751 Próba twardości złącz spawanych i zgrzewanych 

PN 80/H 04614 Ochrona przed korozją. Określenie mikrotwardości powłok metalowych 

PN 82/H-04550 Obróbka cieplno-chemiczna. Warstwy azotowane. Badania 

PN ISO 4384- 1 1996 Łożyska ślizgowe. Pomiar twardości materiałów łożyskowych. 


PN ISO 4384- 2 1996 Łożyska ślizgowe. Pomiar twardości materiałów łożyskowych. 


PN ISO 4498- 2 2000 Spiekane materiały metaliczne z wyjątkiem węglików spiekanych. 



azot. 

PN ISO 2639 1999 Stal. Określanie umownej grubości warstwy nawęglonej i zahartowanej. 

PN ISO 3754 1999 Stal. Określanie umownej grubości warstwy zahartowanej płomieniowo 

lub indukcyjnie. 

PN ISO 3887 1999 Stal niestopowa i niskostopowa. Określanie głębokości i odwęglenia. 

PN ISO 4970 2001 Stal. Wyznaczanie całkowitej lub umownej grubości cienkich warstw 


PN EN 24498-1996 Spiekane materiały metaliczne z wyjątkiem węglików spiekanych. 

Pomiar twardości pozornej materiałów o zasadniczo jednorodnej 


PN EN 23878 1996 Węgliki spiekane. Pomiar twardości sposobem Vickersa. 

3. Próbki: złącze spawane, złącze zgrzewane, koło zębate ze spieku, tulejka łożyskowa ze spieku, 

panewka bimetalowa, koło zębate nawęglane, krzywka azotowana, krzywka hartowana 

powierzchniowo, tłoczek chromowany, nóż tokarski z węglikiem, 





1. Korzystając z norm wybrać metodę(y),obciążenia oraz sposób przygotowania i 

przeprowadzenia pomiarów dla wskazanej próbki. 

2. Przeprowadzić pomiary zgodnie z wyborem. 

3. Dokonać oceny wyników pomiarów twardości. 

Sprawozdanie: 

1. Opis procedury przeprowadzonych badań. 

2. Dane dotyczące badanych próbek. 

3. Opis procedury przeprowadzonych badań. 

4. Wyniki pomiarów twardości w formie odpowiadającej celowi badań. 

5. Wnioski. 

Literatura. 


fizycznych. WNT Warszawa 1987. 

2. Błażewski S. Mikoszewski J. : Pomiary twardości metali WNT Warszawa 1981. 


4. Ciszewski A., Radomski T., Szummer Badania własności i mikrostruktury materiałów. 

Oficyna Wydawnicza PW Warszawa 2000. 

5. Normy: 

− PN EN ISO 6507-1 1999 Metale. Pomiar twardości sposobem VICKERSA. Metoda badań. 

− PN EN ISO 6508-1 2002 Metale. Pomiar twardości sposobem ROCKWELLA. Część 1 

Metoda badań (skale A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T). 

− PN 91/H 04350. Pomiar twardości metali sposobem BRINELLA. 

− PN-ISO 4545 1996;Metale. Pomiar twardości metodą KNOOPA. 



Ćwiczenie nr 10: Badania trybologiczne. 

BADANIA TRYBOLOGICZNE 


Celem ćwiczenia jest: 

- zapoznanie się ze zjawiskiem tarcia, teoriami tarcia, 

- przeprowadzenie próby tarcia na aparacie Falex 

-wyznaczenie wskaźników charakteryzujących skojarzenie trące: 

średniego i maksymalnego współczynnika tarcia, zużycia wagowego, odporności na zużycie 


Tarcie 

Pojęcie i podział tarcia 

Tarciem nazywamy zbiór zjawisk występujących w obszarze styku dwóch przemieszczających się 

względem siebie ciał, w wyniku, których powstają opory ruchu. 

Podział tarcia ze względu na ruch i miejsce przedstawiono na rys.1. 

Rys. 1. Rodzaje tarcia 

Tarcie może również występować w obrębie jednego ciała, gdy przemieszcza się względem 

siebie lub stara się wprowadzić w ruch poszczególne jego elementy składowe /np. warstwy, 

cząsteczki/. Ten rodzaj tarcia nazywa się tarciem wewnętrznym. 

Z technicznego punktu widzenia najważniejszy jest podział tarcia na suche, graniczne i płynne. 

Dla zmniejszenia tarcia zewnętrznego rozdziela się powierzchnie trące warstwą substancji 

smarującej, czyli zastępuje się tarcie suche ciał stałych tarciem płynnym, a więc tarciem 

wewnętrznym cieczy smarnej. 

W praktyce eksploatacyjnej maszyn dopuszcza się jedynie tarcie płynne, i tarcie graniczne. 

Tarcie suche, oprócz przypadków, gdy jest ono pożądane /przekładnie cierne, hamulce/ jest z 

praktyki eksploatacyjnej eliminowane. 




Rys.2. Modele różnych rodzajów tarcia 

a/ tarcie wewnętrzne, b/ tarcie zewnętrzne, c/ tarcie płynne, d/ tarcie graniczne, e/ tarcie 

suche. 

Prawa tarcia, współczynnik tarcia 

Miarą tarcia jest opór równoważony wypadkową siłą styczną podczas przemieszczania 

jednego ciała względem drugiego. 

Wykonując szereg bardzo prostych doświadczeń, można się łatwo przekonać, że siła tarcia jest 

wprost proporcjonalna do ciężaru ciała oraz, że tarcie nie zależy od wielkości powierzchni 

stykających się ciał. Zatem dla danej pary trącej stosunek siły tarcia do siły przyciskającej ciało do 

podłoża jest wielkością stałą i nosi nazwę współczynnika tarcia µ. 

Stwierdzono, że współczynnik tarcia statycznego jest większy niż współczynnik tarcia 

kinetycznego, skąd wynika, że łatwiej jest utrzymać ciało w ruchu niż wprawić je w ruch. 

Zależnie od warunków, w jakich współpracują powierzchnie współczynnik tarcia może 

zmieniać się w szerokich granicach i np. w próżni może osiągać wartość nawet rzędu 

kilkudziesięciu. 

Powierzchnia rzeczywistego styku 

Powierzchnia elementów maszyn kształtowana jest w procesie technologicznym. Jakość tej 

powierzchni uzależniona jest od rodzaju obróbki i od własności materiału, 

Badanie powierzchni różnymi metodami wykazują, że w skali atomowej są one zawsze 

chropowate. Kładąc jedną powierzchnię na drugiej, otrzymamy styk wyłącznie między ich 

najwyższymi wzniesieniami, Na pozostałym nominalnym obszarze styku mogą występować 

szczeliny o wielkości dziesiątek nanometrów. Ponieważ siły międzyatomowe oddziałują na bardzo 

małej odległości, dlatego też istniejące szczeliny całkowicie eliminują oddziaływania między 

stykającymi się powierzchniami. 

Rzeczywista powierzchnia styku stanowi, zatem sumę pól elementarnych powierzchni styku; 

rzeczywista powierzchnia styku występuje, zatem w miejscu fizycznego styku na wierzchołku 

nierówności, przy czym jest funkcją geometrycznego zarysu nierówności i obciążenia 

przypadającego na nią. 




Rys.5. Model oddziaływania powierzchni tarcia. 

Z rys. 3. wynika, że tarcie suche istnieje w dyskretnych obszarach styku przemieszczających 

się względem siebie powierzchni elementów maszyn. 

Wartość rzeczywistej powierzchni styku dla danych powierzchni można obliczyć, 

zakładając, że jest ona funkcją zbliżenia i siły normalnej dociskanych elementów maszyn. 

Warstwa wierzchnia elementów maszyn 

Warstwa wierzchnia jest to zewnętrzna warstwa powstała w wyniku działania na przedmiot 

procesów fizycznych lub chemicznych, jakościowo lub ilościowo różniąca się od materiału 

rdzenia. 

Procesy tarcia ciał stałych występują w warstwie wierzchniej, dlatego też ich przebieg 

uzależniony jest przede wszystkim od stanu warstw wierzchnich obszarów styku trących 

elementów maszyn. Stan warstwy wierzchniej jest jednym s głównych parametrów 

charakteryzujących jakość elementów maszyn. 

Grubość warstwy wierzchniej jest trudna do wyznaczenia dostępnymi metodami, ponieważ granica 

wewnętrzna, jako płaszczyzna dwuwymiarowa praktycznie nie istnieje. 

Model strefowej budowy warstwy wierzchniej najbardziej odpowiadający rzeczywistej jej 

budowie pokazano na rys. 4. 

Rys.4. Model strefowej budowy warstwy wierzchniej. 

Strefa I najbardziej zewnętrzna powstaje w wyniku adsorbowania polarnych cząstek pochodzenia 

organicznego na powierzchniach elementów maszyn. Strefa II jest wynikiem-adsorpcji pary 

wodnej, a strefa III wynikiem adsorpcji gazów. Zatem II i III strefa stanowią jedną strefę. 

Wszystkie trzy strefy przenikają się wzajemnie. W zasadzie te strefy powodują istnienie tarcia 

technicznie suchego w przypadku współpracy nie smarowanych części maszyn. Strefa IV stanowi 




warstewkę tlenków metalu, powstającą wskutek reakcji chemicznej- tlenu z metalem elementu 

maszyny. Strefa V powstaje w wyniku odkształcenia krystalitów metalu na powierzchni skutkiem 

działania ostrza narzędzia na materiał podczas obróbki powierzchniowej. Strefa VI obejmuje 

obszar, w którym istnieje metal odkształcony plastycznie i s teksturowany. Natomiast w strefie VII 

istnieje tylko metal odkształcony plastycznie. Strefa VIII zawiera odkształcenia sprężyste. We 

wszystkich trzech strefach VI - VIII istnieją naprężenia własne. Strefę IX stanowi materiał rdzenia 

elementu. 

Stan warstwy wierzchniej może być scharakteryzowany zespołem parametrów, których wartości 

zależne są od własności materiału i warunków konstytuowania warstwy wierzchniej. Całokształt 

stanu warstwy wierzchniej można opisać ogólną zależnością: 

S WW = f /σ, H, S T , F, T, C, E, W / 

gdzie: 

σ - pole naprężeń własnych, warstwy wierzchniej 

H - pole twardości materiału warstwy wierzchniej 

S T -struktura materiału warstwy wierzchniej 

F - fragmentacja krystalitów materiału warstwy wierzchniej 

T - tekstura materiału warstwy wierzchniej 

C - własności chemiczne materiału warstwy wierzchniej 

E - energia swobodna powierzchni 

W - wady budowy metalu warstwy wierzchniej 

Hipotezy tarcia suchego ciał stałych 

Tarcie suche jest procesem złożonym, niejednorodnym, określonym przez zespół różnych zjawisk 

zależnych od parametrów i warunków tarcia. 

Mimo długotrwałych badań, nie powstała dotychczas ogólna teoria tarcia suchego, która 

zawierałaby zależność umożliwiającą określenie wartości współczynnika tarcia, potwierdzalną 

doświadczalnie w dowolnych warunkach badań. Ważniejsze hipotezy tarcia suchego 

przedstawiono w tabeli. 

Tabela:1 




Grupy teorii Nazwa teorii Podstawowe wzory Cechy teorii 

Mechaniczne 

Molekularne 

Amontonsa 

Coulomba 

T=µN 

T=A+µN 

Teoria pokonywania nierówności 

powierzchni; nie zależy od N, A nie 

zależy od rzeczywistego pola styku 

Bowdena T=Sτ pt + S w p w 

Teoria tworzenia i niszczenia 

szczepień; opory tarcia są suma 

oporów ścinania nierówności 

szczepionych i przepychania 

odkształconego materiału 

Tomlinsona 

Dieriagina 

kE 

µ= npx 

T=µ(N+N o ) 

N o =P o S r 

Opory tarcia są oporami 

pokonywania przyciągania 

molekularnego. Pokonywanie 

chropowatości molekularnej; nie 

uwzględnia własności materiału. 

Molekularnomechaniczna 

T α S 

Kragielskigo µ= = + β 

N N 

Tarcie = suma oporów pokonywania 

szczepień, chropowatości i 

przyciągania molekularnego; 

α=f(ścinania); β=f(powiększania 

oporu na ścinanie od N). 

Spośród wielu teorii /tabela 1/ na uwagę zasługuje szeroko rozpowszechniona teoria Bowdena. 

Teoria ta jest oparta na hipotezie uwzględniającej charakter plastyczny odkształceń rzeczywistej 

powierzchni styku trących ciał stałych, Bowden wysunął hipotezę, że wartość współczynnika 

tarcia oraz charakter uszkodzeń powierzchniowych, powstałych przy tarciu ślizgowym są głównie 

określone względnymi wartościami własności fizycznych trących się powierzchni ciał stałych. 

Charakter współoddziaływania trących powierzchni zależy od wartości stosunku ich twardości, a 

przy dużych wartościach pracy tarcia również od temperatury obszarów styku oraz od temperatury 

topnienia trących materiałów. 

Przy takich założeniach Bowden podzielił wszystkie przypadki tarcia ślizgowego na trzy rodzaje: 

- ślizganie się metalu twardego po metalu twardym 

- ślizganie się metalu miękkiego po metalu twardym 

- ślizganie się metali o jednakowej twardości. 

Zależność między twardością powierzchni, a tarciem przedstawiona jest na rys.5 




Rys. 5. Zależność między twardością powierzchni a tarciem. 

Rys. 5a i 5b pokazują, dlaczego siła tarcia nie zależy od twardości. 

Podczas tarcia suchego następuje tworzenie, a następnie ścinanie metalicznych połączeń 

współpracujących elementów. W obszarach styku działają siły adhezji powodujące tworzenie 

połączeń tarciowych trących metali, charakterem zbliżonych do połączeń powstających przy 

spajaniu na zimno. Podczas tarcia połączenia te są ścinane. 

Adhezyjne sczepianie jest spowodowane plastycznym płynięciem materiału w obszarach styku. 

Zespół zjawisk w czasie styku trących powierzchni powoduje niszczenie warstewek adsorpcyjnych 

lub tlenkowych na tych powierzchniach, co umożliwia utworzenie połączeń metalicznych. 

Praca tarcia zamieniana na ciepło, powoduje wzrost temperatury w obszarach styku, a przez to 

obniżenie twardości materiału, wskutek czego rośnie obszar styku plastycznego. 

W 

Odkształcenia 

plastyczne 

Rys.6. Schemat obrazujący styk dwóch powierzchni. 

Jak wynika z rys.6. na obszarach rzeczywistego styku występuje odkształcenie plastyczne oraz 

tworzą się złącza adhezyjne. Obszary sąsiednie są odkształcone plastycznie. Ponieważ złącza 

adhezyjne są silnie odkształcone plastycznie i niezbyt ciągliwe, dlatego też nawet niewielkie 

naprężenia rozciągające spowodują ich zerwanie, Wskutek tego, zdjęcie obciążenia normalnego 

powoduje kolejne zrywanie złącz adhezyjnych. 

W sensie fizycznym tarcie jest wytrzymałością na ścinanie złączy adhezyjnych tworzonych w 

obszarach rzeczywistego styku, natomiast adhezja jest wytrzymałością na rozciąganie tych złączy. 

Gdy powierzchnię styku dwóch ciał obciążymy siłą normalną N, wówczas w punktach styku będą 

następowały odkształcenia plastyczne, aż powierzchnia rzeczywistego styku A będzie na tyle duża, 

że zrównoważy obciążenie normalne N. Rzeczywista powierzchnia styku A wyniesie wówczas: 

A = 

gdzie: 

R e - granica plastyczności materiału o mniejszej twardości. 

Wg Bowdena siła tarcia T składa się z siły adhezji T a tj. siły spójności między powierzchniami 

oraz siły deformacjiT d ,. 

T == T a + T d 

Zgodnie z wcześniejszym stwierdzeniem, siłę adhezji można przedstawić następująco: 

T A = A • s 

gdzie: 

s - wytrzymałość na ścinanie elementarnych połączeń. 

Zatem siła tarcia wyniesie: 

T = A • s + T d 

W przypadku, gdy T d jest małe, co ma miejsce przy niewielkiej różnicy twardości ślizgających się 

opracował mgr inż. Adam Rylski 10/6 

N 

R e



ciał to: 

T = A • s 

Zgodnie z definicją współczynnik tarcia u wynosi: 

T 

u = 

N 

a po uwzględnieniu zależności: 

T A ⋅ s s 

u = = = 

N A ⋅ Re R e 

Z ostatniej zależności wynika, że współczynnik tarcia jest ilorazem wytrzymałości na ścinanie 

miększego metalu i granicy plastyczności tego metalu. Z tego Bowden wyciąga wniosek, że 

wartość współczynnika tarcia dla danego materiału ma wartość stałą, zależną jedynie od własności 

wytrzymałościowych miększego metalu rozpatrywanego trącego skojarzenia. Przy kojarzeniu 

różnych metali iloraz ten zmienia się w wąskim zakresie, dlatego przyjmuje on, że wartość 

współczynnika tarcia dla różnych metali jest tego samego rzędu. 

Zużycie adhezyjne 

Następstwem procesu tarcia jest zawsze zużywanie części maszyn. W przypadku tarcia 

suchego, zewnętrznego, zachodzą bezpośrednie odkształcenia sprężyste - plastyczne nierówności 

powierzchni oraz odkształcenia całych warstw wierzchnich i usuwanie produktów zużycia z 

powierzchni trącej. 

Zużycie adhezyjne występuje w mikroobszarach plastycznego odkształcenia warstwy 

wierzchniej, a zwłaszcza najwyższych wierzchołków chropowatości. Powstają wówczas 

sczepienia metaliczne powierzchni trących i niszczenie tych połączeń wraz z odrywaniem cząstek 

metalu lub jego rozmazywaniem na powierzchniach tarcia. Zużycie adhezyjne występuje przy 

tarciu ślizgowym o małych prędkościach, względnych i dużych naciskach jednostkowych na 

obszarach rzeczywistej powierzchni styku, jeżeli cząstki obu powierzchni zostaną zbliżone na 

odległość działania sił molekularnych. 

Wzrost temperatury, powodujący zmianę własności warstw wierzchnich współpracujących 

elementów znacznie intensyfikuje zużycie. 

Adhezyjna natura tarcia pozwala zrozumieć podstawowy mechanizm zużycia metali. Przecięcie 

złącza podczas ślizgania może przebiegać w jeden z czterech sposobów: 

1. Jeżeli złącze jest słabsze niż materiał z obu jego stron, wówczas-przecięcie nastąpi w 

warstwie między powierzchniowej. 

2. Jeżeli złącze jest silniejsze od jednego z metali, a słabsze niż drugi, ścinanie będzie 

zachodzić w małej odległości od warstwy międzypowierzchniowej wewnątrz materiału 

miększego, tak, że przy dość małym wzroście tarcia może nastąpić ogromny wzrost 

zużycia metalu. 

3. Jeżeli złącze jest mocniejsze niż oba metale, wówczas większość przecięć nastąpi w 

bardziej miękkim metalu i tylko przypadkowo będą wyrywane małe fragmenty metalu 

twardsze go. 

4. W przypadku metali jednakowych złącza są z tego samego materiału co obie powierzchnie, 

ale proces odkształcenia i ślizgania utwardza je zwiększając ich wytrzymałość na ścinanie, 

W rezultacie przecinacie rzadko występuje w warstwie międzypowierzchniowej, częściej 

zaś wewnątrz masy metalu, dlatego też uszkodzenia powierzchni są wtedy bardzo duże. 

Zachodzący w rzeczywistych warunkach eksploatacji proces zużycia jest bardziej skomplikowany 

ze względu na dodatkowe procesy chemiczne, cieplne zmęczeniowe, jednakże na ogół obowiązują 

opisane powyżej jego cechy. 

Zdolność metali do sczepiania zależy głównie od struktury elektronowej ich atomów, a więc od 

położenia w układzie okresowym pierwiastków, rodzaju ich sieci przestrzennej i makroskopowych 

cech plastycznych. Na skłonność do sczepiania dwóch metali tj. łatwość utworzenia między nimi 

sieci przejściowej, wpływa podobieństwo układu krystalograficznego oraz różnice wartości stałych 




sieciowych. Znaczną skłonność do sczepiania ze stalą wykazują m.in. Ti. Cr, Ni, Cu, Al, Zn, małą 

skłonnością odznaczają się m.in. Sn, Pb, Bi, Pb, Cd. In. 

Badania tarcia i zużycia 

Rodzaje badań tarcia i zużycia 

Rozróżnia się dwie zasadnicze grupy badań tarcia i zużycia: 

- badania, których celem jest poznanie procesu tarcia lub zużycia, 

- badania, których celem jest ocena ilościowa tarcia i zużywania w warunkach bliżonych do 

rzeczywistych warunków eksploatacji maszyny. 

Badania pierwszej grupy obejmują w zasadzie zagadnienia fizyki ciała stałego. Wyniki tych badań 

dają szeroki pogląd na przebieg zjawisk powierzchniowych w obszarze tarcia stykających się 

nierówności powierzchni. Wyjaśniają przyczynę i mechanizm tarcia. 

Druga grupa badań tarcia i zużycia obejmuje badania laboratoryjne, których modeluje się 

rzeczywiste warunki pracy skojarzenia tarciowego oraz badania eksploatacyjne na wybranej grupie 

maszyn eksploatowanych w rzeczywistych warunkach. 

Wyniki badań tarcia i zużycia tych samych materiałów są zazwyczaj nieporównywalne, gdyż nie 

ma na ogół dokładnego opisu warunków badań, skutkiem czego wyniki są nie odtwarzalne, zatem 

nie można ich w pełni wykorzystywać w technice. 

Metody pomiaru siły tarcia i momentu tarcia 

Metody badań tarcia i zużycia w zasadzie powinny umożliwić pomiar wartości siły tarcia w 

funkcji obciążenia normalnego, czasu styku współpracującej pary trącej, temperatury powierzchni 

tarcia, rzeczywistej powierzchni styku, prędkości itp. 

Najczęściej stosowaną metodą jest metoda oparta na zasadzie wprawienia w ruch pod działaniem 

siły tarcia "nieruchomej próbki". Przemieszczenie próbki jest proporcjonalne do siły lub momentu 

tarcia, w badanym skojarzeniu. 

Pomiaru siły tarcia i momentu tarcia można dokonywać za pomocą: 

• dynamometrów 

• czynników elektrycznych 

• czujników piezoelektrycznych 

• czujników indukcyjnych. 

Ilościowe metody badania zużycia 

Cel badań, czas trwania jednej próby i wymagana dokładność pomiaru warunkują wybór 

metody oceny wartości zużycia lub intensywności zużywania. 

Stosowane metody badania zużycia umożliwiają ocenę względnej odporności materiałów na 

zużycie. Wartość zużycia, a w niektórych przypadkach i intensywność zużywania można ocenić za 

pomocą następujących metod ilościowych: 

wagowej, metrycznej, sztucznych baz, profilografowania, pneumatycznego pomiaru 

mikrometrycznego, pomiaru ciśnienia i natężenia przepływu płynów przepływających przez 

szczelinę między trącymi elementami dynamometrów puszkowych, czujników indukcyjnych, 

pomiarów tensometrycznych i izotopów promieniotwórczych. 

Maszyny do badania tarcia i zużycia 

W celu zbadania wartości współczynników tarcia różnych kojarzonych materiałów oraz 

wartości i intensywności zużywania w zależności od charakteru środowiska i warunków pracy, 

wykonuje się specjalne maszyny do badania tarcia i zużycia. 

Dotychczas nie określono norm dotyczących pomiaru tarcia i zużycia, kształtów i wymiarów 

próbek i przeciwpróbek, a przede wszystkim norm maszyn badawczych. Kryterium klasyfikacji 

maszyn badawczych jesz cel badań uwzględniający warunki eksploatacji skojarzeń utworzonych z 




badanych materiałów w rzeczywistych maszynach. Ze względu na cel badań rozróżnia się rodzaje 

maszyn badawczych: 

−maszyny do badania tarcia i zużycia wg dowolnie programowanych warunków, 

umożliwiające przeprowadzanie badań z zakresu fizycznych praw tarcia i zużycia skojarzeń 

trących, 

−maszyny do badania tarcia i zużycia elementów w warunkach zbliżonych do rzeczywistych 

warunków eksploatacji maszyn, 

−maszyny uniwersalne do badania tarcia i zużycia w dowolnych warunkach. 

Wybór maszyny do badania tarcia i zużycia uzależniony jest od następujących 

warunków: 

• kinematyki ruchu współpracujących elementów maszyn, 

• dynamiki obciążenia kojarzonych elementów maszyn, 

• geometrii styku trących elementów maszyn, 

• rodzaju tarcia uwzględniającego smarowanie i chłodzenie, 

• wymiarów kojarzonych elementów maszyn. 

Kryteria klasyfikacji maszyn do badania tarcia i zużycia 

Możliwości pomiaru wartości siły tarcia, zużycia, intensywności zużycia i temperatury w 

obszarach styku trących powierzchni są uzależnione od rodzaju maszyny badawczej. 

Intensywność odprowadzania ciepła od trących powierzchni warunkuje rodzaj zużycia. W 

maszynach do badania tarcia l zużycia stosowane są następująca sposoby odprowadzania ciepła: 

naturalna wymiana ciepła między trącymi powierzchniami a otoczeniem, odprowadzenie ciepła od 

trących powierzchni przez płyn chłodzący omywający te powierzchnie, odprowadzenie ciepła od 

trących powierzchni przez płyn chłodzący przepływający wewnątrz próbki lub przeciwpróbki, ale 

nie omywający powierzchni trących . 

W większości maszyny badawcze umożliwiają pomiar siły tarcia i całkowitego zużycia, rzadziej 

natomiast można za pomocą maszyn dokonywać ciągłego pomiaru intensywności zużywania oraz 

temperatury na powierzchni tarcia. 

Odwzorowywanie skojarzeń trących 

Makrogeometria styku badanego skojarzenia jest istotną cechą konstrukcyjną maszyn do pomiaru 

wartości współczynnika tarcia i intensywności zużycia. Najczęściej spotyka się następującą 

makrogeometrię styku próbki z przeciwpróbką: 

− powierzchnia wypukła z powierzchnią płaską /walec z powierzchnią 

− płaską lub kula z powierzchnią płaską /, 

− powierzchnia płaska z powierzchnią płaską, 

− powierzchnia wypukła z powierzchnią wypukłą lub wklęsłą. 

Osie kojarzonych próbek z przeciwpróbkarni mogą być równoległe lub zwichrowane. 

Rys.7 przedstawia spotykane skojarzenia próbki z przeciwpróbką wg, makrogeometrii styku: 




Rys.7 Geometria styku próbki, z przeciwpróbką w różnych maszynach tarciowych: 

a/ walec z płaszczyzną płaską, b/ płaszczyzna płaska z płaszczyzną płaską, c/ walec z walcem, d/ 

kula z kulą, e/ stożek z walcem, f/ kula z płaszczyzną płaską 

Grupa I - styk powierzchniowy, skojarzenia: 5,6,7,10,11. 

Grupa II - styk liniowy, skojarzenia: 1,2,3,4,8. 

Grupa III- styk punktowy, skojarzenia: 12,15,14,15,16,17. 

Podany podział jest uzasadniony teoretycznie, ponieważ w rzeczywistych warunkach pracy 

skojarzenia, zawsze występuje styk powierzchniowy, gdyż zachodzą sprężyste, a nawet plastyczne 

odkształcenia powierzchni styku. 

Zasada działania aparatu Falex 

Maszyna tego typu służy do pomiaru trwałości warstwy oleju między trącymi elementami oraz 

do pomiaru współczynnika tarcia i wartości zużycia sworznia. Badana próbka w kształcie trzpienia 

obracana jest pomiędzy dwoma nieruchomymi blokami z wycięciami w kształcie litery V, w taki 

sposób, że uzyskuje się cztery miejsca /linie styczności/ rys. 8. 

Trzpień obracany jest ze stałą prędkością 290 obr/min, co odpowiada prędkości tarcia 0,1 m/s. 

Przeciwpróbki są obciążone za pomocą dźwigni działającej na zasadzie "dziadka do orzechów" i 

dynamometru. 

Obciążenie uruchamiane jest za pomocą koła zapadkowego, które równocześnie wskazuje zużycie 

w podobny sposób jak mikrometr. Każdym 18 zębom koła zapadkowego odpowiada zużycie 

wynoszące 0,001 cala, Cały mechanizm obciążenia może być obracany wokół wału głównego i 

powstały w tym czasie moment tarcia jest wskazywany na wykresie. 




Rys.8. Schemat kinetyki i obciążenia pary trącej zastosowanej do badań. 

1. próbka; 2. przeciwpróbki; 


1. aparat Falex 

2. waga laboratoryjna 

3. szczypce uniwersalne 

4. próbki po różnych wariantach obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej 


Przystępując do wykonania ćwiczenia należy: 

1. zapoznać się dokładnie PN-75/M-04308 "Badanie odporności na 

2. zużycie przez tarcie metali na maszynie Falex" 

3. zapoznać się z budową i obsługą aparatu Falex 

4. przeprowadzić próby tarcia skojarzeń trących w warunkach podanych przez prowadzącego 

ćwiczenie 

5. obliczyć na podstawie przeprowadzonych prób zgodnie z PN-75/M-04308: zużycie 

wagowe, wskaźnik zużycia wagowego, średni i maksymalny współczynnik tarcia 

ślizgowego. 

Sprawozdanie: 

Sprawozdanie z przeprowadzenia ćwiczenia powinno zawierać: 

1. podstawowe wiadomości nt. tarcia i zużycia 

2. krótki opis próby tarcia na aparacie Falex, schemat skojarzenia trącego 

3. dane dotyczące materiału i sposobu obróbki cieplnej bądź cieplno-chemicznej próbek i 

przeciwpróbek 

4. dane dotyczące warunków osadzania: sposobu przyłożenia obciążenia /stałe albo 

zmienne/,sposobu smarowania /tarcie suche albo graniczne/ 

5. obliczenia zgodnie z PH-75/M-04308 

6. wnioski wynikające z przeprowadzonego ćwiczenia. 

Literatura 

1. Bowden F.P. Tabor D Wprowadzenie do trybologii WNT 1980 

2. Kula P.: Inżynieria warstwy wierzchniej. Wydawnictwo PŁ Łódź 2000. 



Ćwiczenie nr 11: Badania składu chemicznego. 

BADANIA SKŁADU CHEMICZNEGO STALOSKOP 


Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą analizy staloskopowej oraz 

identyfikacja wybranej stali stopowej. 

Wiadomości teoretyczne. 

Ogólne wiadomości o analizie spektralnej 

Metoda analizy staloskopowej polega na wzrokowej obserwacji i ocenie natężeń 

linii spektralnych za pomocą aparatów zwanych staloskopami. Metoda ta służy do 

określania składu chemicznego stopów. 

Działanie pewnych czynników np. wysokiej temperatury, wyładowań elektrycznych 

na różne ciała powoduje emitowanie przez te ciała światła o różnej długości fali. Światło 

to przepuszczone przez układ rozszczepiający tworzy widmo. Zależnie od źródła 

emitującego światło mogę powstawać widma ciągłe i nieciągłe. 

Widma ciągłe są prawie zawsze wynikiem emitowania światła przez rozżarzone 

ciała stałe lub stopione, natomiast widma nieciągłe tj. widma liniowe lub pasmowe są 

wynikiem emitowania przez świecące pary i gazy. 

Widmo liniowe jest ściśle związane z oddzielnymi atomami danego pierwiastka. 

Składa się ono z oddzielnych, wąskich linii, których ilość zależy od budowy atolów 

danego pierwiastka. 

Każdy pierwiastek chemiczny daje, zatem charakterystyczne tylko dla siebie widmo 

liniowe o ścisłe określonych długościach fal linii. Identyfikowanie linii spektralnych w 

widmie badanej substancji jest celem jakościowej analizy spektralnej, natomiast 

natężenie linii spektralnych w widmie tej substancji określa w niej stężenie danego 

pierwiastka. Zależność natężenia linii danego pierwiastka od jego stężenia w próbce 

stanowi podstawę ilościowej analizy spektralnej polegającej na pomiarze lub ocenie 

względnych natężeń linii spektralnych. 

W celu otrzymania emisyjnego widma liniowego konieczne jest doprowadzenie 

badanej substancji do stanu pary lub gazu oraz równoczesne dostarczenie jej atomom 

potrzebnej energii do świecenia. W praktyce spektralnej stosuje się przeważnie 

wzbudzanie pierwiastków za pomoce wyładowań elektrycznych tj. w łuku prądu stałego i 

w łuku prądu zmiennego oraz w iskrze skondensowanej wysokiego napięcia. 

Budowa i działanie staloskopu SP-2 

Staloskop SP-2 działa na zasadzie stałego kąta odchylenia, który uzyskuje się przez 

obrót pryzmatu Abbego. Staloskop ten wyposażony jest w dwa statywy do elektrod, dwie 

soczewki zbierające z dwoma oddzielnymi statywami oraz generator łuku prądu 

zmiennego. Widok staloskopu SP-2 przedstawiony jest na rys. nr l. 

Rys. 1. Staloskop SP-2: / — podstawa staloskopu, 2 — korpus staloskopu, 3 — 




luneta z okularem, 4 — rura kolimatora, 5 — rewolwer ze szczelinami. 6 — dźwignia do 

ustawiania pryzmatu całkowitego odbicia przed szczelina, 7 — prowadnica długa 8 — 

prowadnica krótka. 9 — soczewka zbierajqca, 10 — statyw do elektrod bocznego źródła 

światła, 11 — statyw do elektrod głównego źródła światła, 12 — śruba do obracania bębna 

ze skalą, 13 — przewody do połączenia statywów do elektrod z generatorem luku lub 

iskry 

Statywy do elektrod oraz soczewki ze statywami umieszcza się na specjalnych 

prowadnicach. 

Na prowadnicy długiej 7, która jest równoległa do osi kolimatora umieszczona jest 

soczewka zbierająca 9 i statyw do elektrod głównego źródła światła 11, a na prowadnicy 

krótkiej 8 - soczewka zbierająca 9 i statyw do elektrod bocznego źródła światła 10. 

Elektrody głównego i bocznego źródła światła zasilane są prądem z jednego generatora 

łuku prądu zmiennego. Prowadnica krótka ustawiona jest pod kątem 90° do prowadnicy 

długiej. Prowadnica długa przymocowana jest do podstawy l, na której umieszczony jest 

korpus staloskopu 2. Do korpusu zamocowana jest z jednej strony rura kolimatora 4, a z 

drugiej luneta z okularem obserwacyjnym 3. Kąt ustawienia lunety względem rury 

kolimatora jest stały i wynosi 90°. 

Na końcu rury kolimatora zamocowany jest rewolwer ze szczelinami 5 oraz 

pryzmat całkowitego odbicia, który kieruje światło bocznego źródła światła na szczelinę 

staloskopu. Staloskop 5P-2 wyposażony jest w cztery szczeliny o szerokościach 0,005; 

0,01; 0,05; 0,05 mm. Szczelinę stanowi ryska w metalu napylonym na płytkę szklaną. 

Przechodzenie od jednego zakresu obserwowanego widma do drugiego dokonuje się 

przez obrót bębna ze skalą za pomocą śruby 12. Bęben ten sprzężony jest z pryzmatem 

Abbego. Podziałka na skali bębna naniesiona jest w dowolnych jednostkach. Jej 

zależność od długości fal linii spektralnych wyznacza się eksperymentalnie. 

Schemat układu optycznego staloskopu 5P-2 przedstawiono na rys. 2. 

Rys. 2. Schemat układu optycznego staloskopu SP-2 

Szczelina staloskopu 7 może być oświetlona głównym i bocznym źródłem 

światła, przy czym obraz widma głównego źródła światła obserwuje się przez 

okular staloskopu pod obrazem widma bocznego źródła światła. 

Możliwość obserwacji dwóch widm jednocześnie w znacznym stopniu ułatwia 

wykonanie analizy, gdyż porównuje się wówczas obraz widma badanej próbki z obrazem 

widma wzorcowego. Światło głównego źródła światła l skupione jest na szczelinie za 

pomocą soczewki zbierającej 3. Światło bocznego źródła światła 2 po skupieniu w 

soczewce zbierającej 4 pada na pryzmat całkowitego odbicia 5, który kieruje ją następnie 

na szczelinę. Płytka szklana 6 chroni szczelinę przed pyłem oraz odpryskami 




rozżarzonych elektrod. Światło, po przejściu przez szczelinę pada na soczewkę 

kolimatora 8 o ogniskowej 279 mm i wchodzi do układu rozszczepiającego, złożonego z 

dwóch pryzmatów równobocznych 9 i 10 i umieszczonego między nimi pryzmatu 

Abbego 11. W pryzmacie Abbego 11 światło, które pada na jego powierzchnię pod 

kątem odpowiadającym jego minimalnemu odchyleniu, po załamaniu i wewnętrznym 

odbiciu, opuszcza pryzmat pod kątem prostym w stosunku do jego pierwotnego kierunku 

i to bez względu na długość fali. Rozszczepione światło pada na obiektyw 12 i 

obserwowane jest przez okular 15, który daje 13,5 - krotne powiększenie. Bardzo ważny 

jest dobór odległości soczewki zbierającej i źródła światła od szczeliny. Związane jest to 

przede wszystkim z otrzymaniem odpowiedniej jasności obserwowanego widma. W 

statoskopie SP-2 otrzymuje się maksimum natężenia światła padającego na szczelinę, 

przy ustawieniu soczewki zbierającej w odległości ok. 300 mm od szczeliny. 

Staloskopowa analiza jakościowa 

Każdy pierwiastek ma sobie tylko właściwe widmo spektralne. Widmo żelaza 

charakteryzuje się dużą ilością linii spektralnych występujących w każdym zakresie 

widma. Dzięki temu mogą one stanowić punkty odniesienia przy identyfikacji linii 

innych pierwiastków. Widmo żelaza jest widmem wzorcowym w analizie spektralnej. 

Widmo łukowe żelaza przedstawiono na rys. 3. 

Długość fali dowolnej linii spektralnej można określić na podstawie uprzednio 

sporządzonego wykresu krzywej dyspersji staloskopu. Wykres ten przedstawia zależność 

długości fal linii spektralnych od położenia skali bębna staloskopu. Wykres taki 

sporządza się na podstawie znanych linii w widmie żelaza. 

Do sporządzenia wykresu krzywej dyspersji na podstawie widma żelaza, elektrody łuku 

stosuje się z czystego żelaza. W czasie palenia się łuku pokręca się w określonym kierunku 

bęben ze skalą aż do ustawienia wskaźnika, widocznego w polu widzenia okularu, na żądaną 

linię spektralną o znanej długości fali. Następnie odczytuje się wskazania skali 

odpowiadające położeniu tej linii w widmie. W ten sposób robi się kolejne pomiary dla 

całego widma. Następnie z otrzymanych wielkości sporządza się wykres na papierze 

milimetrowym. Na osi rzędnych odkłada się długości fal linii spektralnych, a na osi 

odciętych wskazanie skali bębna. 




Na rys.4 przedstawiono krzywą dyspersji staloskopu SP-2. Należy zaznaczyć, że krzywa 

dyspersji dla każdego staloskopu może być inna. 




Za pomocą krzywej dyspersji łatwo można określić długość fali linii spektralnej w 

obserwowanym widmie. Ustawia się wówczas tę linię na wskaźnik w polu widzenia okularu, 

odczytuje wskazania skali i na wykresie znajduje się długość fali, odpowiadająca temu 

odczytowi. Mając długość fali interesującej nas linii, znajduje się w tablicach linii 

spektralnych pierwiastek, do którego należy badana linia. 

Analiza jakościowa za pomocą staloskopu polega na identyfikacji linii spektralnych 

w widmie substancji, która została pobudzona za pomocą wyładowań elektrycznych. 

Skalą odniesienia przy identyfikacji linii różnych pierwiastków jest widmo żelaza. 

Stwierdzenie obecności jakiegoś pierwiastka w źródle świecenia, w większości przypadków 

ogranicza się do zidentyfikowania niewielkich ilości linii spektralnych. Ilość tych linii dla 

poszczególnych pierwiastków nie przekracza zazwyczaj kilku i stanowią one tzw. linie 

analityczne oznaczanego pierwiastka. Liniami analitycznymi wybieranymi najczęściej 

spośród wszystkich linii pierwiastka do analizy jakościowej są te linie, które mają największe 

natężenie przy najmniejszym stężeniu tego pierwiastka w próbce. Linie te w analizie 

spektralnej noszą nazwę linii ostatnich. 

II.4. Staloskopowa analiza ilościowa 

Linie analityczne do jakościowej analizy staloskopowej różnią się zasadniczo od linii 

analitycznych do analizy ilościowej. Do analizy jakościowej dobiera się linie najczulsze pod 

względem łatwości ich wzbudzenia tj. takie, które pojawiają się w widmie przy 

najmniejszych stężeniach pierwiastków w źródle światła, natomiast linie analityczne do 

analizy ilościowej powinny być czułe przede wszystkim na zmiany stężeń danego 

pierwiastka w badanej próbce. Do określania niewielkich stężeń danego pierwiastka korzysta 

się również z linii ostatnich. 

Linia analityczna powinna wyraźnie zmieniać swoje natężenie przy zmianie stężenia 

składnika w badanej próbce i powinna być jak najmniej czuła na wahania charakterystyki 

źródła wzbudzenia. 

Zasadniczą metodą ilościowej analizy staloskopowej jest metoda linii 

homologicznych. Polega ona na tym, że obserwując widmo badanej próbki przez okular 

staloskopu, porównuje się natężenie dwóch wybranych linii spektralnych, tworzących parę 

homologiczną. Jedna linia tej pary należy do pierwiastka oznaczanego - jest to linia 

analityczna, druga linia należy do pierwiastka, który stanowi składnik podstawowy badanej 

próbki jest to linia porównawcza. 

Dobrze dobrana para homologiczna powinna odpowiadać następującym warunkom: 

- linie pary homologicznej powinny wykazywać zawsze jednakowe natężenie niezależnie od 

zmian charakterystyki źródła wzbudzenia, 




- obie linie powinny leżeć w pobliżu siebie, aby można je było jednocześnie obserwować 

przez okular staloskopu, 

- obie linie powinny posiadać jednakowe potencjały wzbudzenia oraz powinny mieć 

podobny wygląd zewnętrzny, tj. mieć tę samą szerokość, ostrość, to samo zabarwienie 

itp., 

- na równość natężeń linii pary homologicznej nie powinna wpływać zmiana stężenia 

składnika podstawowego stopu, jak również zmiana stężenia innych składników w próbce. 

Dla przykładu na rysunku 5 przedstawione są schematy czterech obrazów widm w 

zakresie wybranej linii analitycznej wolframu W5514,7 Å przy różnej jego zawartości w 

stali. Z rysunku 5 wynika, że wraz ze zmianą stężenia wolframu w stali zmienia się 

również natężenie linii analitycznej wolframu. 

Rys.5. Zmiany natężenia linii wolframu w widmie stali o 

różnych stężeniach wolframu: a) widmo czystego żelaza, B) widmo stali z zawartością 5% 

wolframu, c) widmo stali z zawartością 9% wolframu, d) widmo stali z zawartością 18% 

wolframu. 

Dla każdego stężenia dobiera się, więc inne parę linii. W omawianym przypadku do 

oznaczania wolframu w stali od 5 do 18% cztery linie spektralne tworzę trzy pary linii o 

różnych natężeniach. Natężenie analitycznej linii wolframu o długości fali 5514,7 Å przy 5% 

o stężeniu wolframu w badanej próbce równe jest natężeniu linii porównawczej żelaza o 

długości fali 5501,4 Å (rys. 5b), natomiast natężenie linii analitycznej wolframu 5514,7 Å 

przy 9% i jego stężeniu równe jest natężeniu linii żelaza 5497,5 Å (rys. 5c), a przy 18% 

stężeniu wolframu natężenie linii wolframu 5514,7 Å równe jest natężeniu linii żelaza 5572,8 

Å. Podobnie dobiera się pary linii homologicznych do oznaczania procentowych zawartości 

poszczególnych stężeń innych pierwiastków. Linie analityczne i porównawcze, które służę 

do oznaczania stężenia danego pierwiastka w stopie, tworzą tzw. grupę analityczną tego 

pierwiastka. Grupy analityczne oznacza się zwykle symbolem pierwiastka i kolejnym 

numerem grupy np. W-l, W-2, W-5 oznacza pierwsza, drugą i trzecią grupę analityczną 

wolframu. 

Zależności względnych natężeń linii homologicznych poszczególnych par od 

procentowej zawartości składnika w stopie przedstawia się w celu uproszczenia zapisów albo 

za pomocą długości fal linii analitycznej i porównawczej, albo linie te oznacza się kolejnymi 

numerami np. zamiast zapisywania: 




Jeżeli natężenie linii analitycznej chromu o długości fali 5206 Å równe jest natężeniu linii 

porównawczej żelaza o długości fali 5202 Å, to w badanej próbce stali jest 0,2% chromu, 

pisze się w umownym skrócie: 5206 = 5202 - 0,2% Cr lub oznaczając linię analityczną 

chromu numerem l, a linię porównawczą żelaza numerem 2, zapisuje się: 1 = 2 - 0,2% Cr. 

Jeżeli zamiast znaku = podany jest znak < oznacza to, że natężenie linii po lewej stronie 

znaku jest mniejsze od natężenia linii po prawej stronie. 

Na rys. 6÷13 przedstawiono schematy grup analitycznych niektórych pierwiastków 

stanowiących dodatki stopowe w stali, a w tablicach 1÷13 przedstawiono pary homologiczne 

i odpowiadające im stężenia pierwiastków. 














Wykonując ćwiczenie należy: 

- sporządzić krzywe dyspersji staloskopu wykorzystując zamieszczony w instrukcji schemat 

widma łukowego żelaza; 

- przeprowadzić jakościowa i ilościowe analizę staloskopową próbki stali podanej przez 

prowadzącego ćwiczenie; 

- zidentyfikować stal na podstawie wykonanej analizy składu chemicznego; 

- sformułować wnioski wynikające z przeprowadzonego ćwiczenia 

UWAGA! 

Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczenia należy zapoznać się z instrukcja bhp 

obowiązującą w Laboratorium. Staloskop wolno uruchamiać wyłącznie za zgodą i pod nadzorem 

prowadzącego ćwiczenie. 


Sprawozdanie: 


2. Opis wydruku otrzymanych danych.. 

3. Syntetyczne opracowanie wyników i wyliczeń zadanych wartości. 

4. Wnioski. 

Literatura. 

1. Szoplik J Analiza staloskopowa PWT. 



Ćwiczenie nr 12: Badania Fraktometryczne. 

BADANIA FRAKTOMETRYCZNE 

1 


Zaznajomienie z metodyką badań fraktometrycznych z wykorzystaniem oprogramowania SVIST 

MET 


Pojęcia stosowane w topologii 

Aby rozpocząć ilościowe badania mikrostruktur, musimy zapoznać się z elementarnymi 

pojęciami, stosowanymi w topologii do opisu kształtu, jaki może przybierać dana część fazy. 

Jako pierwszą rozpatrzymy trójwymiarową strukturę materiału jednofazowego, składającą się z 

ziarn równoosiowych (rys. 1). Interesującymi elementami topologicznymi są: 

Element Wymi Związek 

ary prosty złożon 

objętość ziania 3 s 3 c 3 

powierzchnia 2 s 2 c 2 

krawędź ziarna l s 1 c 1 

wierzchołek 0 s° (s 0 ) 

Wierzchołek (miejsce zetknięcia się czterech ziarn w przestrzeni) jest punktem (element 

bezwymiarowy) i stąd jest identyczny z oznaczeniem s° (zero-simpleks), Krawędź (występ) ziarna 

(miejsce zetknięcia się trzech ziarn) może obrazować połączenie kilku elementów 

jednowymiarowych s 1 (1-simpleks) do momentu utworzenia linii krzywej, oznaczonej symbolem 

c 1 (1-compleks). Podobnie trójkąt s 2 spełnia funkcję określonej jednostki dla skonstruowania 

wielobocznej powierzchni c 2 , reprezentującej powierzchnię ziarna . Związek złożony, oznaczony 

symbolem c 3 (3-compleks) reprezentuje ziarno mające pewną liczbę n 2 ścian, z których każda 

może mieć dowolny kształt i krzywiznę. 

Rozpatrzmy próbkę, w której znajduje się określona liczba n 3 ziarn (c 3 ) . Liczba n 2 ścian ziarna 

(c 2 ), jak również inne elementy topologiczne, muszą spełniać 

równanie Eulera-Poincre’ego 

n o – n 1 + n 2 - n 3 + ...(-1 ) k nk = 1 

Można sprawdzić powyższe wyrażenie przez zastosowanie go do dwuwymiarowego modelu 

mikrostruktury, pokazanej na rys. 1 lub do trójwymiarowej struktury ziarna. C. C. Smith podał 

sposób interpretacji tego ogólnego równania w warunkach istniejących w wielu rzeczywistych 

strukturach . 




2 

Rys. 1 Szkic przedstawiający zależność między dwuwymiarową mikrostrukturą materiału a 

strukturą przestrzenną. Na rysunku zaznaczono tylko część całkowitej objętości i powierzchni 

ziarna. 

W przypadku typowej (dwuwymiarowej) mikrostruktury, granice trzech ziaren c 1 mają wspólny 

punkt, oznaczony symbolem (s°). W konsekwencji liczba n 2 ( r) dwuwymiarowych wielokątów 

mających r krawędzi musi spełniać równanie: 

dla dużej liczby ziarn o różnym kształcie (w zakresie od trójkątnych do dziewięciościennych 

wieloboków), jak to ma miejsce w przypadku dwuwymiarowej struktury. Równanie to po 

zastosowaniu do typowej struktury pozwala na wykazanie, że ziarno ograniczone jest średnio 

przez sześć krawędzi.Badanie trójwymiarowych ziarnistych struktur (rys. 1) prowadzi do wniosku, 

że cztery krawędzie granic ziarn c 1 stykają się w jednym punkcie (wierzchołku) oznaczonym jako 

c 0 . Ta konfiguracja odpowiada w dwuwymiarowej mikrostrukturze trzem granicom ziarn typu 

c 1 ,stykających się w punkcie wierzchołkowym, oznaczonym przez s 0 . Równanie dla 

trójwymiarowego układu zawiera liczbę n 3 ziarn (wielobocznych brył c 3 ) i przyjmuje postać: 

9 

∑ 6 

2 3 

r= 

3 

( − r) n ( r) 

= n + 1 

gdzie r nadal reprezentuje liczbę krawędzi ścian wieloboku. 

Ponieważ prawa strona równania przyjmuje wartość dodatnią, to średnia wartość r będzie mniejsza 

od 6; wartość nieco większa od 5 jest charakterystyczna dla ziarn występujących w typowych 

stopach metali. 




3 

Rys. 2. Procentowy udział ścian ziarn mających r krawędzi w próbce stopu aluminium-cyna, 

zawierającej 100 ziarn.(Według danych W. M. Williamsa i C. S. Smitha) 

Liczba ścian ograniczających przeciętne ziarno wynosi około 13, a liczba wierzchołków — 

około 23. Jeśli każde ziarno byłoby regularnym cztenastościanem, to zbiór takich ziarn mógłby 

gęsto wypełniać przestrzeń i w zadowalającym stopniu odpowiadałby warunkowi zachowania 

minimum energii powierzchniowej. Ziarna rzeczywiste mają natomiast zwykle nieregularne 

kształty, pokazane na rys. 2. 

Omówione wyżej pojęcia topologiczne dla jednej fazy mogą być uogólnione na dowolną liczbę 

faz. W przypadku struktury dwufazowej (α+β) mogą występować dwa typy wielościanów: c 3 α i 

c 3 β Ponieważ ściana jest wspólna dla dwóch wielościanów, możliwe są trzy rodzaje ścian: 

c 2 α, c 2 [(1 / 2)α (1 / 2)β] , c 2 β trzy wielościany stykają się wzdłuż jednej krawędzi. Dlatego też występują 

cztery rodzaje krawędzi: c 1 α, c 1 [(2 / 3)α (1 / 3)β], c 1 [(1 / 3)α (2 / 3)β] oraz c 1 β. Wreszcie, połączenie czterech 

wielościanów prowadzi do powstania wierzchołków; s 0 α, s 0 [(3 / 4)α (1 / 4)β] , s 0 [(2 / 4)α (2 / 4)β], 

s 0 [(1 / 4)α (3 / 4)β] oraz s 0 β. 

Metalografia ilościowa (stereometria) 

Jeśli materiał jest przezroczysty, jego trójwymiarowa struktura jest bezpośrednio widoczna. W 

przypadku nieprzezroczystych materiałów mikroskopia stereometryczna (znana również jako 

metalografia ilościowa) na podstawie analizy dwuwymiarowych mikrostruktur daje informacje 

odnośnie ich struktury przestrzennej. Mikrostruktury te można ujawnić między innymi metodami 

stosowanymi w metalografii: techniką replik, cienkich folii i skrawków (cięcie preparatu wykonuje 

się na przykład na mikrotomie). Typowym problemem jest określenie na podstawie zwykłej 

mikrofotografii ilości fazy β w mieszaninie (α i β) (rys. 3.a). Na rysunku pokazana jest tylko jedna 

analizowana płaszczyzna (to znaczy jedna mikrofotografia), zwykle jednak w celu 

przeprowadzenia pełnej analiz;. trójwymiarowej struktury wymagana jest większa liczba 

analizowanych płaszczyzn, aby próbka mogła być reprezentatywna w stosunku do obserwowanej 

struktury. Załóżmy że analizowana płaszczyzna z rys. 3.b jest typową, jedną z wielu badanych 

płaszczyzn równoległych i jednakowo „odwzorowujących" strukturę w całej objętości. Jeśli (∆ x) i 

jest grubością warstwy materiału, zawartą między i-tą analizowaną płaszczyzną a następną. to 




objętość fazy β w tej warstwie jest w przybliżeniu równa Vi = Ai(∆x) i , gdzie Ai Jest powierzchnią 

fazy β ,zmierzoną na mikrofotografii i-tej płaszczyzny. Przybliżenie staje się tym dokładniejsze, 

im więcej płaszczyzn będziemy analizowali [tzn., że grubość warstwy między płaszczyznami 

będzie coraz mniejsza, a więc będzie malało (∆x i ),]. co jest określone zależnością: 

∫ Vi 

x = L 

Ax dx 

Vv = = 

L 

∫ 2 

L 

3 

L 

x= 

0 

Jest to dokładne wyrażenie, pozwalające na obliczenie ułamka objętościowego danej fazy. (na 

przykład objętości fazy β) przypadającej na jednostkę objętości próbki, tzw. objętościi właściwej). 

Wielkość A x /L 2 określa ułamek powierzchni badanej płaszczyzny przypadającej na fazę β na 

grubości x, to jest A i /L 2 . Wielkość dx/L jest ułamkiem całkowitej objętości zajętej przez badaną 

warstwę o grubości dx. W konsekwencji całka w p/w równaniu reprezentuje średnią wartość A A 

ułamka powierzchni, stąd: 

Vv=A A 

Z zależności tej wynika, że rzeczywisty ułamek objętościowy Vy fazy β w strukturze trójwymiarowej 

możemy określić za pomocą prostego pomiaru udziału powierzchniowego fazy β na 

odpowiedniej liczbie właściwie wybranych mikrofotografii, zapewniających prawidłową ocenę 

ułamka powierzchni zajętej A A przez fazę β. 

4 

Rys.3. Ilustracja trzech metod, stosowanych w metalografii ilościowej do określania ułamka 

objętościowego fazy βV V w dwufazowej mieszaninie (α+β): 

a) płaszczyzna badania umiejscowiona w trójwymiarowej strukturze; b) pole zajęte przez daną 

fazę A 1 , z mikrofotografii będącą i-tą płaszczyzną badania; c) analiza liniowa udziału fazy β w i- 

tej płaszczyźnie; d) metoda punktowa . 

Faktycznie pomiarów takich w metalografii ilościowej dokonuje się metodą analizy liniowej 

lub punktowej, a nie wprost przez pomiar powierzchni. W analizie liniowej wiele odcinków 

(siecznych) kreślonych jest na wszystkich powierzchniach (mikrofotografiach) reprezentatywnego 

zbioru. Rysunek 3.c przedstawia sieczną wzorcową i ułamek siecznej przechodzącej przez fazę 

β-1/L. Przez analogię do wyżej podanego rozumowania możemy napisać, że : 




5 

A A =L L 

gdzie L L — średni ułamek siecznych, odnoszący się do fazy β . 

W metodzie punktowej posługujemy się siatką linii, które przecinając się tworzą zbiór punktów 

(rys. 3.d) przydatny do badania powierzchni. W tym przypadku rozumowanie podobne do 

poprzedniego prowadzi do otrzymania zależności: 

P P = A A =V V 

gdzie : P P — średni ułamek punktów siatki, leżących wewnątrz fazy β . 

Na rys. 3.d.widać, że 2/9 całkowitej liczby punktów znajduje się wewnątrz fazy β lecz uśrednienie 

z pomiarami w innych miejscach daje wartość bliską P P = 0.1. to Jest (V V ) β = 0,1. W strukturze 

zawierającej k faz tą samą metodą można określić ułamek objętościowy (V V ) i , odpowiadający 

3 

każdemu rodzajowi objętości . 

ci 

Powierzchnie (c 2 ), takie jak granice ziarn i granice międzyfazowe, są zwykle wyrażone jako pola 

powierzchni granic, przypadające na jednostkę objętości materiału S V , (powierzchnia właściwa). 

Na wstępie rozpatrzymy materiał jednofazowy, w którym wszystkie powierzchnie ziarna są typu 

c 2 . Metodą siecznych (rys. 4.a) możemy określić średnią wartość N L (liczbę przecięć siecznej z 

granicami zian, przypadającą na jednostkę długości siecznej).Wartość ta jest związana z 

powierzchnią właściwą S V zależnością : S V =2N L 

Powyższe równanie stosuje się do określenia powierzchni właściwej granic ziarn w metalach. 

Rys.4. Przykład trzech rodzajów powierzchni granicznych w jednofazowych i dwufazowych; 

a)punkty przecięcia siecznej z granicami ziarn w strukturze jednofazowej; b) zliczanie wyłącznie 

granic α/β ; c)zliczanie trzech rodzajów granic występujących w stopie α+β. 

Inny przypadek (rys. 4.b) może dotyczyć powierzchni rozdziału faz α i β(ściany 

2 

typuc )- Równanie p/w jest wówczas również spełnione z tym, że S 

[( 1/ 2) α (1/ 2) β ] 

V odpowiada wtedy 

2 

powierzchni właściwej granic typu c . Ogólnym przypadkiem mikrostruktury jest 

[( 1/ 2) α (1/ 2) β ] 

mikrostruktura, składająca się z fazy α i β (rys.4.c), w której występują granice typu c , 

c 2 [( 1/ 2) α (1/ 2) β ] 

.W tym przypadku otrzymujemy trzy rodzaje przecięć, które powinny być oddzielnie 

2 

α 

c 2 β 

i 




obliczone, a równanie należy zastosować trzykrotnie w celu określenia udziału ilościowego 

każdego rodzaju granic. 

Jeśli takie elementy struktury jak ziarna są wydłużone (na przykład w kierunku osi próbki) lub też 

są niejednakowo rozmieszczone w różnych kierunkach, wówczas w celu uzyskania średniej 

wartości S V sieczne reprezentowane w równaniu muszą być poprowadzone we wszystkich 

kierunkach . 

6 

Rys. 5.. Ilustracja metody punktowej, służącej do określenia Lv dla dwóch rodzajów mikrostruktur: 

a) zliczanie punktów w celu określenia długości krawędzi ziarn w strukturze jednofazowej; b) 

zliczanie punktów w celu określenia długości czterech typów krawędzi w stopie dwufazowym α+β 

c 

1 

1 

c • 

α [( 2 / 3) α ;(1/ 3) β ] c 1 [( 1/ 3) α ,(2 / 3) β ] c 

Z drugiej strony, badanie struktury za pomocą trzech typów siecznych (równoległych na 

przykład do osi x, y lub z ) daje informacje ilościowe odnośnie zorientowania składników 

mikrostruktury . Elementy liniowe struktury, takie jak krawędzie ziaren, są określone wielkością 

L v (długość elementów struktury typu c 1 , przypadająca na jednostkę objętości, zwaną długością 

właściwą granic ziaren).Zależność: 

L v = 2P A 

pozwala na łatwe określenie L v przez zliczanie P A (punktów, przypadających na jednostkę 

powierzchni). Punkty te powstają w wyniku przecięcia się krawędzi ziarn (c 1 ) z analizowaną 

płaszczyzną (mikrofotografią). W materiałach jednofazowych istnieje tylko jeden rodzaj krawędzi 

(rys.5a). Struktura dwufazowa (rys.5b) zawiera cztery różne rodzaje krawędzi (c 1 ), a sumowanie 

punktów należy wykonać czterokrotnie (osobno dla każdego rodzaju), aby równanie można było 

zastosować dla różnych typów, krawędzi. Ponieważ do uzyskania zadowalającej dokładności 

wyników metalografii ilościowej wymaga się odpowiednio dużej liczby zliczeń przeprowadzonych 

na reprezentatywnym zbiorze mikrofotografii, stosuje się automatyzacje procesu zliczania łącznie 

z opracowaniem danych za pomocą specjalnych programów komputerowych. Urządzenia te 

odpowiednio sprzężone z mikroskopem ,,badają" powierzchnię próbki bezpośrednio, podając 

wielkości A A ,N L ,N A , (liczbę elementów struktury odniesioną do jednostki powierzchni), rozkład 

wielkości cząstek lub inne użyteczne dane. 


1. Dokonanie pomiaru udziału objętościowego faz. 

2. W oparciu o obliczenia z pkt.1 określić przybliżony skład chemiczny badanego materiału. 

3. Przeprowadzenie pełnej analizy morfometrycznej. 

4. W oparciu o uzyskane dane (średnia wielkość wydzielenia, średnia odległość między 

wydzieleniami, współczynnik kształtu) określić teoretyczną wytrzymałość materiału badanego 


1. Mikroskop metalograficzny współpracujący ze stanowiskiem komputerowym. 

2. Spis procedur programu SVIST MET. 


4. Próbki. 

1 

β 





1. Dokonać oględzin otrzymanych próbek przy różnych powiększeniach. 

2. Wybrać obszar do przeprowadzenia badań fraktometrycznych. 

3. Przeprowadzić badania zgodnie z procedurami programu SVIST MET. 

4. Dokonać obliczeń udziałów objętościowych, szacunkowego składu chemicznego, teoretycznej 

wytrzymałości materiału badanego. 

Sprawozdanie: 


6. Opis wydruku otrzymanych danych.. 

7. Syntetyczne opracowanie wyników i wyliczeń zadanych wartości. 

8. Wnioski. 

Literatura. 

1. Dobrzański L. A., Hajduczek E.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali. 

Mikroskopia świetlna i elektronowa. WNT Warszawa 1987. 

2. M. Pluta: Mikroskopia optyczna. WNT Warszawa 1982 

3. G. Schimmel: Metodyka mikroskopii elektronowej. WNT Warszawa 1976 

4. J. Ryś: Wstęp do metalografii ilościowej. Wydawnictwo Śląskie Katowice 

5. A.G. Guy. Wprowadzenie do nauki o materiałach PWN Warszawa 1977r 

7

STANDARYZACJA BADAÅ

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?

STANDARYZACJA BADAÅ