ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

ТЮМЕНСКИЙ Муниципальный НЕФТЕГАЗОВЫЙ Институт

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

к лабораторной работе по дисциплине "Материаловедение"

для студентов всех специальностей

очной и заочной форм обучения

Тюмень 2004


Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского муниципального нефтегазового института

Составители: доктор, к.т.н. Е.В. Денисов

ст. педагог, к.т.н. В.И. Плеханов

Ó Тюменский муниципальный нефтегазовый институт, 2004


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: Исследование методик и приобретение ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ способностей определения твердости материалов.

Задачка: Проведение испытаний на образчиках разных конструкционных материалов и определение характеристик их твердости данными способами.

Вещественное обеспечение

Оборудование: Твердомер Бринелля, твердомер Роквелла, отсчетный микроскоп, штангенциркуль.

Материалы: эталоны металлов с различной твердостью.

Общие положения

Под твердостью понимается свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации либо разрушению ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора) определенной формы и размеров.

Тесты на твердость отличаются простотой, высочайшей производительностью, отсутствием разрушения эталона, возможностью оценки параметров поверхностных слоев на малой площади, просто устанавливаемой связью результатов с данными других испытаний.

Зависимо ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ от скорости приложения нагрузки методы определения твердости делят на статические и динамические, по методу приложения нагрузки - на способы вдавливания, царапания и удара, а по времени выдержки под нагрузкой - на краткосрочные и долгие. Наибольшее распространение получили способы, в каких употребляется принцип статического вдавливания индентора нормально поверхности эталона с краткосрочным (10-30 с) приложением нагрузки ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ при комнатной температуре.

При испытании на твердость очень принципиально верно приготовить поверхностный слой эталона, все поверхностные недостатки (окалина, выбоины, вмятины, грубые опасности и т.д.) должны быть удалены. Чем меньше глубина вдавливания индентора, тем выше требуется чистота испытуемой поверхности, тем паче жесткие требования к технологии подготовки образцов.

Нагрузка прилагается ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ по оси вдавливаемого индентора перпендикулярно к испытуемой поверхности, зачем эта поверхность должна быть строго параллельна опорной поверхности прибора. Неплоские эталоны укрепляют на особых опорных столиках, входящих в набор твердомеров.

Определяя твердость всеми способами (не считая способа измерения микротвердости) определяют суммарное сопротивление металла внедрению в него индентора, усредняющее твердость ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ всех имеющихся структурных составляющих. Потому получающийся отпечаток должен быть по размерам существенно огромным размеров зернышек отдельных структурных составляющих испытуемого металла. Неминуемые различия в структуре разных участков эталона приводят к разбросу получаемых значений твердости, который тем больше, чем меньше размер отпечатка.

Определение твердости по способу Бринелля

При стандартном (ГОСТ 9012-59) измерении твердости ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ по Бринеллю металлической шарик поперечником D вдавливают в испытуемой эталон под приложенной определенное время нагрузкой Р, после снятия нагрузки определяют поперечник оставшегося на поверхности отпечатка (рис.1).

Рис.1. Схема измерения

твердости по способу Бринелля:

Р - нагрузка в Н (кгс); D - поперечник шарика, мм; d - диметр отпечатка, мм

Поперечник отпечатка выходит тем меньше, чем ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ выше сопротивление материала эталона деформации, производимой индентором. Число твердости по Бринеллю (НВ) есть отношение нагрузки Р, действующей на шаровой индентор поперечником D, к площади F шаровой поверхности отпечатка:

, (1)

, (2)

Отношение d/D поддерживают в границах 0,2-0,6. Для получения отпечатка хороших размеров нужно верно подобрать соотношение меж нагрузкой и ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ поперечником шарика. Рекомендуемые нагрузки и поперечникы шариков для определения НВ разных железных материалов с учетом ГОСТ 9012-59 приведены в таблице 1.

Рекомендуемое время выдержки эталона под нагрузкой для сталей 10 с, для цветных металлов и сплавов 30 с (при P/D2=10 и 30) либо 60 с (при P/D2=2,5). Зная данные при испытании Р либо D и измерив ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ при помощи отсчетного микроскопа d, находят число твердости НВ по стандартным таблицам.

При использовании шаровых инденторов поперечниками 2,5; 5 и 10 мм, выполняемых из сталей с твердостью более 8500 МПа, можно испытывать материалы с твердостью от НВ 8 до НВ 450. При большей твердости эталона шарик-индентор остаточно деформируется на величину, превосходящую стандартизованный допуск, и ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ показания твердости искажаются.

Таблица 1

Нагрузки (Р) и поперечникы (D) шариков, рекомендуемые

для испытаний твердости по Бринеллю

Значения Р при D, Н Примечание
D=10 мм D=5 мм D=2,5 мм
30 000 1 500 1 875 Материалы с НВ 130-450 (стали, чугуны, прочные сплавы на базе титана, никеля, меди, алюминия)
10 000 2 500 Материалы с НВ 35-130 (дюралевые сплавы, латуни, бронзы ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ)
5 000 1 250 312,5 Алюминий, магний, цинк, латуни
2,5 2 500 156,25 Подшипниковые сплавы
1,25 1 250 312,5 78,125 Свинец, олово, припои
0,5 31,25 Мягенькие металлы при завышенных температурах

Величина НВ остается основной чертой твердости при статическом вдавливании шарового индентора. Для довольно пластичных материалов ее физический смысл соответствует условному лимиту прочности при растяжении. Для многих металлов и сплавов существует линейная связь меж НВ и sв, т.е ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ. sв=х×НВ, где х - коэффициент пропорциональности, зависящий от степени равномерной деформации и упругих констант материала (табл.2).

Таблица 2

Значения коэффициента "х" для разных материалов

Материал d/D x
Чугуны 0,4 0,15
Литейные дюралевые сплавы 0,45 0,25
Деформируемые литейные сплавы 0,4 0,38
Титановые сплавы 0,4 0,3
Прочные сплавы 0,33 0,33
Малоуглеродистые стали 0,45 0,33
Аустенитные стали и латуни 0,4 0,45

У малопластичных ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ металлов и сплавов корреляция НВ и sв может отсутствовать: высочайшая твердость нередко смешивается с низким пределом прочности. Это полностью естественно, если учитывать совсем различный физический смысл этих черт для хрупких материалов. Предел прочности таких материалов близок к настоящему сопротивлению разрушению, а НВ остается аспектом сопротивляемости значимой пластической деформации в критериях ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ более мягенькой схемы напряженного состояния.

Для измерения твердости по способу Бринелля употребляют особые приборы типа ТШ, принципная схема которого приведена на рис.2.

Прибор смонтирован в громоздкой станине. На подъемном винте 2, перемещающемся при вращении маховика 1, инсталлируются сменные опорные столики 5 для испытуемых образцов. В высшей части станины размещен шпиндель 6, в который ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ вставляют сменные наконечники с шариками различных поперечников (см.табл.3). Шпиндель опирается на пружину 9, созданную для приложения к эталону подготовительной нагрузки 1000 Н для устранения смещений эталона во время испытаний. Основная нагрузка прилагается через систему рычагов. На длинноватом плече основного рычага 15 расположена подвеска, на которую накладываются сменные грузы 18. Композицией грузов можно задать нагрузки ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ от 625 до 30 000 Н (см.табл.3). Вращение вала электродвигателя 21 средством червячной передачи сообщается шатуну 19, он опускается, и нагрузка передается на шпиндель прибора.

Рис.2. Схема прибора ТШ-2 для определения твердости

по Бринеллю:

1 - маховик; 2 - подъемный винт;
3 - шкала для задания времени выдержки под нагрузкой; 4 - кнопка-выключатель; 5 - опорный столик;
6 - шпиндель для индикатора;
7 - упрямый чехол; 8 - втулка ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ;
9 - пружина; 10 - шпиндель;
11 - сигнальная лампа; 12, 15 - рыча-ги; 13 - серьга; 14 - микропереклю-чатель; 16 - вилка; 17 - шатун;
18 - грузы; 19 - кривошип; 20 - ре-дуктор; 21 - электродвигатель

Длительность тесты задается передвижным упором. Когда шатун доходит до него, срабатывает концевой тумблер и электродвигатель начинает крутиться в оборотную сторону, шатун подымается, и нагрузка снимается со шпинделя. По возращению шатуна в начальное положение ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ электродвигатель автоматом выключается.

Порядок выполнения работы

1. По данному методическому пособию изучается методика определения твердости и делается знакомство с применяемым оборудованием.

2. По материалу эталона согласно ГОСТ 9012-59 из табл.1 выбирается поперечник шарика-индентора и коэффициент K (отношение нагрузки к квадрату поперечника шарика-индентора).

3. Делается проверка на наименьшую толщину испытуемого эталона ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ (см.табл.3). При несоответствии изменяются поперечник шарика и нагрузка.

4. Инсталлируются избранные индентор и нагрузка.

5. Делается вдавливание шарика в испытуемый эталон.

6. При помощи отсчетного микроскопа МПБ-2 определяется поперечник отпечатка.

7. По формулам 1 и 2 либо из таблиц определяется значение твердости.

Таблица 3

Малая толщина испытуемого эталона, мм

Твердость по Бринеллю Поперечник шарика D, мм
2,5
Испытательная нагрузка ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ Р, Н (кгс)
(3000) (1500) (1000) (500) (750) (250) (125) (187,5) 612,9 (62,5) (31,2)
6,4 3,2 1,6
6,4 3,2 3,2 1,6 1,6 0,8
6,4 4,2 2,1 2,1 1,0 1,0 0,5
4,2 3,2 1,6 1,6 0,8 0,8 0,4
3,8 2,6 1,3 1,3 0,7 0,7 0,3
6,4 3,2 2,1 1,1 3,2 1,1 0,6 1,6 0,6 0,13
5,1 2,6 1,7 0,9 2,6 0,9 0,4 1,3 0,5 0,2
3,8 1,9 1,2 1,9 0,7 1,0 0,4
2,6 1,2 0,9 1,3 0,4 0,7 0,2
1,9 0,9 1,0 0,5

8. Приобретенные в итоге испытаний значения твердости оформляются в виде табл.4


Таблица 4

Результаты замеров твердости

Материал , кгс/мм2 D, мм Р, кгс время выдержки под нагрузкой, с толщина эталона, мм min допустимая толщина эталона, мм dср отпечатка, мм НВ

Определение твердости по способу Роквелла

При измерении твердости ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ по Роквеллу индентор - алмазный конус с углом при верхушке 120° (ГОСТ 9013-59) и радиусом закругления 0,2 мм либо металлической шарик поперечником 1,5875 мм (1/16 дюйма) - вдавливается в эталон под действием 2-ух поочередно прилагаемых нагрузок: подготовительной Р0 и общей Р=Р0+Р1, где Р1 - основная нагрузка. Схема определения твердости по Роквеллу при вдавливании алмазного конуса приведена на ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ рис.3.

Рис.3. Схема измерения твердости по Роквеллу

Поначалу индентор вдавливается в поверхность эталона под подготовительной нагрузкой Р0=100 Н, которая не снимается до конца тесты, что позволяет повысить точность испытаний, т.к. исключает воздействие вибраций и узкого поверхностного слоя. Под нагрузкой Р0 индентор погружается в эталон на глубину h0. Потом ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ на эталон подается полная нагрузка Р=Р0+Р1, глубина вдавливания возрастает. Последняя после снятия основной нагрузки Р1 (на индентор вновь действует только подготовительная нагрузка Р0) определяет число твердости по Роквеллу (HR). Чем больше глубина вдавливания h, тем меньше число твердости HR.

Твердомер Роквелла автоматом указывает значения числа твердости в условных ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ единицах по одной из 3-х шкал - А, В и С и соответственно они обозначаются как HRA, HRB и HRC. Выбор шкалы делается по за ранее известной твердости материала по Бринеллю из табл.5. Если сведений о твердости материала эталона нет, то после приблизительных замеров нужно обратиться к ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ табл.5 и потом произвести окончательные замеры твердости.

Таблица 5

Примерная твердость по Бринеллю Шкала Роквелла Тип индентора Общая нагрузка Допускаемые величины твердости по шкале
Н кгс
Наименее 228 Шкала В (красноватая) металлической шарик 25-100
229-682 Шкала С (темная) алмазный конус 22-68
363-720 Шкала А (темная) алмазный конус 70-85

Существенное значение имеет толщина испытуемого эталона. После замера твердости ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ на оборотной стороне эталона не должно быть следов отпечатка. В табл.6 даны малые толщины образцов зависимо от ожидаемой твердости.

Таблица 6

Шкала Число твердости по Роквеллу Малая толщина эталона, мм
А 0,7
0,5
0,4
В 2,0
1,9
1,7
1,5
1,3
1,2
1,0
0,8
0,7
С 1,5
1,3
41,5 1,2
51,5 1,0
0,8
0,7

Во всех случаях измерений значение подготовительной нагрузки повсевременно и равно Р0=100 Н.

Число твердости выражается формулами ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ:

, (3)

, (4)

где (0,002 - стоимость деления шкалы индикатора твердомера Роквелла).

Таким макаром, единица твердости по Роквеллу безразмерная величина, соответственная осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

Существует несколько типов устройств для измерения твердости по Роквеллу, но принципные схемы их работы подобны. На рис.4 приведена схема прибора типа ТК.

На станине 14 с одной стороны размещены две ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ стойки 16, которые поддерживают поперечину 1. С другой стороны в направляющей втулке 13 со шпонкой 12 помещен подъемный винт 17, на котором устанавливают зависимо от формы эталона разные опорные столики 21-23 и 10. Винт со столиком и прототипом поднимают вращением маховичка 11. Подготовительную нагрузку к эталону прикладывают цилиндрической пружиной 19, действующей конкретно на шпиндель 20. Грузовой рычаг второго рода 4, расположенный ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ на поперечине 1, имеет опоры на призме 8. К длинноватому плечу рычага подвешивают грузы 15. В нерабочем положении прибора рычаг опирается на подвеску 2 и нагрузка на шпиндель не действует.

Для приложения основной нагрузки высвобождают ручку 5. При всем этом подвеска 2 совместно с рычагом 4 плавненько опускается и последний действует на шпиндель. Рычаг опускается плавненько благодаря ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ масляному амортизатору 18, позволяющему регулировать скорость приложения основной нагрузки вращением штока 3. Соотношение плеч у грузового рычага 1:20 и потому действительный вес сменных грузов в 20 раз меньше их условного веса.

Движение от шпинделя к стрелкам индикатора 9 передается рычагом 7 с соотношением плеч 1:5. Призма шпинделя упирается в винт 6 на рычажке. Винтом 6 регулируется ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ натяжение пружины 19, создающей подготовительную нагрузку.

Из рассмотренной методики определения твердости по Роквеллу видно, что это еще больше условная черта, чем НВ. Наличие разных шкал твердости, определяемое без геометрического подобия отпечатков, условный и безразмерный численный итог тесты, сравнимо низкая чувствительность делают способ Роквелла только средством облегченного технического контроля. В промышленных критериях ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ его ценность велика благодаря простоте, высочайшей производительности, отсчету чисел твердости прямо по шкале прибора, способности полной автоматизации тесты.

Порядок проведения работы

1. По данному методическому пособию изучается методика определения твердости и делается знакомство с применяемым оборудованием.

2. По материалу эталона с указанием приблизительной твердости по Бринеллю из табл.5 выбирается шкала.

3. По табл.6 уточняется ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ толщина эталона.

4. До проведения измерений проверяется исправность оборудования.

5. Проводятся измерения твердости и результаты оформляются в виде табл.7.

Таблица 7

Результаты замеров твердости

Материал Тип шкалы Тип индентора Нагрузка, кгс Твердость

Рис.4. Схема прибора типа ТК для измерения твердости по Роквеллу:

1 - поперечина; 2 - подвеска; 3 - щиток; 4 - рычаг; 5 - ручка; 6 - винт;
7 - рычаг; 8 - призма ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ; 9 - индикатор; 10, 21, 22, 23 - столики опорные; 11 - маховичок; 12 - шпонка; 13 - втулка направляющая; 14 - станина; 15 - грузы;
16 - стойка; 17 - винт подъемный; 18 - амортизатор масляный; 19 - пружина; 20 - шпиндель

Определение твердости по способу Виккерса

При стандартном измерении твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) в поверхность эталона вдавливается алмазный индентор в форме четырехгранной пирамиды с углом при верхушке a»136°. После удаления нагрузки
P (10¸1000 Н), действовавшей определенное время (10-15 с ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ), определяют диагональ отпечатка d, оставшегося на поверхности эталона.

Число твердости HV определяют по формуле:

(5)

где Р - нагрузка в кгс, d - длина диагонали отпечатка в мм.

Число твердости записывается без единиц измерения, к примеру 230 HV. Если число твердости выражают в МПа, то после него указывают единицу измерения, к примеру HV=3200 МПа ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ.

Относительно маленькие нагрузки и малая глубина вдавливания индентора обуславливают необходимость более кропотливой подготовки поверхности, чем при измерении твердости по Бринеллю. Эталоны, обычно, полируют, с поверхности снимается наклеп.

Измерения производят на устройствах марки ТП, принципная схема которого приведена на рис.5. Прибор смонтирован на станине 1. Эталон помещают на опорный столик ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ 5. Нагрузка прилагается к индентору 6 через установленный на призмах рычаг. Рычаг с подвеской 14 без сменных грузов 15 обеспечивает наименьшую нагрузку 50 Н.

Рис.5. Схема прибора ТП для определения твердости по Виккерсу:

1 - станина; 2 - педаль грузового привода; 3 - маховичок; 4 - винт подъемный; 5 - столик опорный;
6 - индентор; 7 - ручка; 8 - шпин-дель; 9 - шпиндель промежный; 10 - микроскоп измерительный;
11 - призма; 12 - рычаг; 13 - штырь; 14 - подвеска; 15 - грузы ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ сменные; 16 - шпиндель пустотелый; 17 - ры-чаг ломанный; 18 - винт регулиро-вочный; 19 - амортизатор масляный; 20 - груз; 21 и 22 - рычаги; 23 - руко-ятка

После установки эталона на столик 5 совмещают перекрестие окуляра микроскопа 10 с тем местом на образчике, твердость которого нужно измерить. Наводят на резкость, устанавливают индентор над прототипом, включают механизм грузового привода. Пока эталон находится под ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ нагрузкой, пылает сигнальная лампочка, расположенная в высшей части фронтальной панели твердомера.

После снятия нагрузки поворотную головку переводят в такое положение, чтоб приобретенный отпечаток вновь был виден в микроскоп. Потом при помощи барабанчика окуляр-микрометра замеряют длину диагонали отпечатка.

Физический смысл числа твердости по Виккерсу аналогичен НВ, величина HV ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ тоже является усредненным условным напряжением в зоне контакта индентор - эталон и охарактеризовывает обычно сопротивление материала значимой пластической деформации.

Числа HV и НВ близки по абсолютной величине только до 400-450 НV. Выше этих значений способ Бринелля дает искаженные результаты из-за остаточной деформации железного шарика. Алмазная же пирамида в способе Виккерса ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ позволяет определять твердость фактически всех железных материалов. Еще больше принципиальное достоинство этого способа - геометрическое подобие отпечатков при всех нагрузках, потому может быть серьезное количественное сравнение чисел твердости НV всех материалов, испытанных при разных нагрузках.

Определение микротвердости

Способ определения микротвердости предназначен для оценки твердости очень малых (микроскопичных) объемов материалов. Его используют для ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ измерения твердости маленьких деталей, узкой проволоки либо ленты, тонких поверхностных слоев, покрытий и т.д. Главное предназначение - оценка твердости отдельных фаз либо структурных составляющих сплавов, также различия в твердости отдельных участков этих составляющих.

При стандартном способе измерения микротвердости (ГОСТ 9450-76) употребляют в большинстве случаев, как и в случае определения твердости ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ по Виккерсу, правильную четырехгранную алмазную пирамиду с углом при верхушке 136°. Эта пирамида плавненько вдавливается в эталон при нагрузках 0,05-5 Н. Число микротвердости Нm, МПа, определяется по формуле:

Нm , (6)

где Р - нагрузка, Н; d - диагональ отпечатка, обычно 7-50 мкм; d2/1,854 - площадь боковой поверхности приобретенного пирамидального отпечатка.

Число микротвердости, МПа, записывают без единицы измерения, к ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ примеру Нm - 1050.

Микротвердость мощных образцов определяют на металлографических шлифах, приготовленных особым образом. Глубина вдавливания индентора при определении микротвердости (d/7) составляет несколько микрометров и соизмерима с глубиной получаемого в итоге механической шлифовки и полировки наклепанного поверхностного слоя. Потому методика удаления этого слоя, проводимая по одному из 3-х способов ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ (электрополировка, отжиг готовых шлифов в вакууме либо инертной атмосфере и глубочайшее хим травление), имеет в особенности принципиальное значение.

Для определения микротвердости используют серийно выпускаемый прибор марки ПМТ-3 (рис.6, а). На металлическом основании 1 закреплена колонна 3 с резьбой, а на ней - кронштейн с микроскопом и нагружающим устройством. Для установки кронштейна ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ на требуемой высоте служат гайка 4 и стопорный винт. Микроскоп состоит из тубуса 8, окуляр-микрометра 7, сменного объектива 10 (40- либо 8-кратного) и осветительного устройства 9. Для грубой наводки на резкость микроскоп можно перемещать по высоте относительно кронштейна винтом 6, связанным с реечным устройством. До того как крутить винт 6, нужно ослабить винт, расположенный на правой части ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ кронштейна. Для узкой наводки на резкость микроскоп перемещают в вертикальном направлении вращением микрометрического винта 5. К нижней части тубуса микроскопа прикреплен механизм нагружения 14 (рис.6, б). Грузики в виде дисков с прорезями надевают на стержень 17, в нижнем конце которого крепится оправка с алмазным индентором 16. Стержень подвешен к кронштейну на 2-ух ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ плоских пружинах 20 и 21. При повороте ручки 18 на себя стержень 17 освобождается и перемещается под действием грузов вниз, вдавливая индентор в поверхность эталона.

На основании прибора установлен предметный столик 11, который может передвигаться в 2-ух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью микрометрических винтов 12 и 13. Не считая того, столик можно поворачивать ручкой 2 вокруг собственной оси на 180°. Для ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ нанесения отпечатка испытуемый эталон устанавливают под микроскопом и выбирают на нем место, в каком нужно измерить микротвердость. Потом перемещают эталон так, чтоб выбранное место оказалось под острием алмазной пирамиды (поворотом предметного столика на 180° до упора). После вдавливания индентора и снятия нагрузки с эталона последний вновь переводят ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ под микроскоп и определяют длину диагонали отпечатка.

Для обеспечения четкого замера микротвердости прибор должен быть кропотливо юстирован. Задачка юстировки - четкое совмещение оптической оси с осью нагружения при повороте предметного столика на 180°. Другими словами, нужно достигнуть, чтоб отпечаток наносился конкретно на том месте, которое было выбрано под микроскопом. Центрирующее устройство, позволяющее ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ перемещать объектив в горизонтальной плоскости, приводится в действие винтами 15 (см. рис.6, а). 2-ая задачка юстировки - верная установка по высоте механизма нагружения. При всем этом острие алмаза (см. рис.6, б) должно касаться поверхности эталона, а микроскоп сфокусирован на эту поверхность. Юстировка по высоте осуществляется гайкой 19. Нужно достигнуть такового положения, чтоб без нагрузки ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ на поверхности шлифа из какого-либо мягенького металла (к примеру, алюминия либо олова) не возникало отпечатка, а при нагрузке 0,005 Н появился бы очень небольшой отпечаток. Юстировку по высоте можно проводить на образце с точно известной твердостью (к примеру, на кристалле NаСl). Поднимая либо опуская нагружающий механизм, нужно достигнуть ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ получения отпечатка с таковой диагональю, которая бы соответствовала микротвердости образца.


Рис.6. Прибор ПМТ-3 для измерения микротвердости:

1 - станина; 2 - ручка; 3 - колонна; 4 - гайка; 5 - микрометрический винт;
6 - винт реечный; 7 - окуляр-микрометр; 8 - тубус; 9 - осветительное устройство; 10 - сменный объектив; 11 - предметный столик; 12, 13 - микрометрические винты; 14 - механизм нагружения; 15 - винты центровочные; 16 - оправка; 17 - стержень; 18 - ручка поворотная; 19 - гайка; 20, 21 - плоские пружины

Практически способ микротвердости - это разновидность ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ способа Виккерса и отличается от него только внедрением наименьших нагрузок и соответственно наименьшим размером отпечатка, потому физический смысл числа микротвердости аналогичен НV.


Требования к отчету

1. Отчет производится на листах белоснежной бумаги форматом А4 (297´210 мм) с рамкой и надлежащими штампами.

2. В аква части указываются: цель работы, используемое ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ оборудование, короткие теоретические сведения по теме.

3. Приводятся сведения по выполнению указаний методики: обоснования выбора вида индентора, шкалы, нагрузки и т.д.

4. Приводятся результаты замеров в виде таблиц и короткие выводы.

5. Приводится перечень использованной литературы.

Контрольные вопросы

1. Что понимают под твердостью материала.

2. Именовать плюсы испытаний на твердость.

3. Именовать главные методы определения твердости материалов.

4. Что ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ такое индентор, из каких материалов они производятся.

5. Именовать требования, предъявляемые к испытуемой поверхности эталона и к его толщине.

Литература

1. Золотаревский В.С. Механические характеристики металлов. М.: Металлургия. 1983. – 352 с.

2. Разработка металлов и материаловедение. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В. и др. М.: Металлургия, 1987. – 800 с.

3. Лахтин Ю ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.: Машиностроение. 1990. – 528 с.


Оглавление

стр.
1. Цель работы, задачка, вещественное обеспечение……………….
2. Общие положения…………………………………………………
3. Определение твердости по способу Бринелля…………………....
4. Определение твердости по способу Роквелла……………………
5. Определение твердости по способу Виккерса……………………
6. Определение микротвердости ……………………………………
6. Требования к отчету……………………………………………….
7. Контрольные вопросы…………………………………………….
8. Литература…………………………………………………………

Подписано к печати Объем 1,5 п.л.
Формат 60´84/16 Заказ
Тираж ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ 300
Печать плоская Безвозмездно

__________________________________________________________________

Ротапринт ТюмГНГУ, 625000, Тюмень, Володарского, 38.


opredelenie-urovnya-razvitiya-klassnogo-kollektiva-i-organizacionno-reguliruyushaya-deyatelnost.html
opredelenie-urovnya-vospitannosti-uchashihsya-1-4-klassov-i-organizacionno-reguliruyushaya-deyatelnost.html
opredelenie-usilij-privodov-manipulyatora-pri-realizacii-dvizheniya-obekta-po-zadannoj-traektorii.html