4 Завдання і порядок виконання роботи та оформлення звіту

4.1 Користуючись шліфувально-полірувальним набором приготовити мікрошліф.

4.2 Проглянути під металомікроскопом непротравлений шліф.

4.3 Протравити мікрошліф (виявити мікроструктуру).

4.4 Проглянути мікроструктуру під металомікроскопом і зарисувати її в зошит.

4.5 Зарисувати оптичну схему металомікроскопа.

4.6 Визначити збільшення при якому велось вивчення шліфа під мікроскопом

4.7 Відповісти на контрольні запитання.

5 Контрольні запитання

5.1 Принцип роботи металомікроскопа МИМ-7.

5.2 Які задачі вирішуються з допомогою металомікроскопа?

5.3 В чому полягає суть виявлення мікроструктури металу чи сплаву при застосуванні МИМ-7?

Робота №4

Визначення твердості металів

1 Мета роботи

1.1 Ознайомитись з основними методами і приладами для визначення твердості металів і сплавів.

1.2 Засвоїти методику роботи з приладами Брінеля, Роквелла та Віккерса.

2 Технічні засоби навчання

1.3 Твердоміри ТШ, ТК, ТП.

1.4 Відліковий мікроскоп.

1.5 Таблиця твердості.

1.6 Комплект стандартних зразків.

3 Методичні вказівки до самостійної роботи

Ознайомитись з матеріалом розділу "Пластична деформація і механічні властивості" за будь-яким підручником з матеріалознавства. Звернути увагу на те, що в усіх методах принцип вимірювання твердості один і той же. Це є взаємодія між собою двох матеріалів, в результаті якої деформується поверхня досліджуваного матеріалу і за величиною деформації оцінюють твердість цього матеріалу.

Конкретно - твердість матеріалів визначають шляхом втискування в нього спеціального твердого наконечника (індентора) у вигляді алмазного чи твердосплавного конуса або загартованої кульки чи алмазної пірамідки при певному навантаженні. Після розвантаження індентора на матеріалі залишається відбиток за яким і визначають його твердість.

Для визначення твердості різних матеріалів користуються стандартними методиками із застосуванням спеціальних приладів.

Визначення твердості за методом Брінеля. В основу цього методу покладений принцип втискування загартованої кульки діаметром 2,5; 5,0: 10 мм при навантаженні 250, 500,1000 і 3000 кГс. Цілком зрозуміло, що таким методом можна замірювати твердість матеріалів за значенням нижчу твердості загартованої кульки, бо інакше буде деформуватися не поверхня матеріалу, а сама кулька. Практично це твердість до 450 кГс/мм². Після зняття навантаження на поверхні матеріалу залишається сферичний відбиток (рисунок 1а), величина якого залежить від твердості матеріалу: чим твердіший матеріал, тим менший діаметр відбитка.

Навантаження під яким втискується кулька визначається за формулою P=k∙D²,

k- коефіцієнт вибраний на основі математичної теорії моделювання і має значення 30, 10, 2,5. Вибирають в залежності від роду матеріалу, його твердості. Чим більша твердість матеріалу, тим більший коефіцієнт. Для чорних металів та їх сплавів - 30, для міді і її сплавів -10, для алюмінію та його сплавів - 2.5.

D - діаметр кульки в мм.

Знаючи діаметр відбитка, діаметр кульки та величину навантаження, твердість визначають за формулою:

,

де Д – діаметр кульки в мм;

d - діаметр відбитка в мм;

Р – навантаження в кГс.

Твердість за Брінелем (НВ) визначають в кГс/мм² або в МПа.

Для того, щоб кожний раз не робити обчислень твердості, користуються складеною для цього таблицею значень твердості в залежності від навантаження P і діаметра відбитка D. Діаметр кульки, навантаження і час випробування підбирають в залежності від природи матеріалу, товщини зразка чи деталі. Діаметр відбитка визначають відліковим мікроскопом ОМ-1.

Таблиця 4.1 – Таблиця для вибору параметрів випробування при визначенні твердості за методом Брінеля

Матеріал	Твердість НВ, кГс/мм2	Товщина зразка, мм	Діаметр кульки, мм	Наванта– ження, кГс	Тривалість навантаже-ння, с
Чорні метали	140-450	Більше 6 6 – 3 Менше 3	10.0 5.0 2.5	3000 750 187.5	10
	Менше 140	Більше 6 6 – 3 Менше 3	10.0 5.0 2.5	1000 250 62.5	10
Кольорові метали	35-130	Більше 6 6 – 3 Менше 3	10.0 5.0 2.5	1000 250 62,5	30
	8-35	Більше 6 6 – 3 Менше 3	10.0 5.0 2.5	250 62,5 15,6	60

Вимірювання твердості за Роквеллом. За цим методом твердість вимірюється втискуванням в матеріал алмазного конуса з кутом при вершині 120° (при вимірюванні твердості загартованих сталей і надтвердих матеріалів) або загартованої стальної кульки діаметром 1,58 мм (при вимірюванні твердості відпалених сталей та кольорових металів). Твердість за Роквеллом визначається за глибиною відбитка. За одиницю твердості в цій методиці взята умовна одиниця, яка відповідає осьовому переміщенню наконечника на 0,002 мм (на циферблаті індикатора відповідає одній поділці). При вимірюванні алмазним конусом навантаження на індентор виставляють 150 кГс і відлік твердості проводиться за чорною шкалою (шкала С). При вимірюванні кулькою навантаження на індентор виставляють 100 кГс і відлік ведуть за червоною шкалою (шкала В). Відповідно одиниці твердості позначають HRC і HRB. Оскільки число твердості за Роквелом є безрозмірним, то для порівняння з числами твердості за іншими методами користуються перевідними таблицями одних одиниць в інші.

а) б) в)

а – за методом Брінеля; б – за методом Роквелла;

в – за методом Віккерса

Рисунок 4.1 – Схема визначення твердості

Вимірювання твердості за Віккерсом, Цей метод вимірювання твердості застосовують для виробів, які пройшли поверхневе зміцнення (хіміко-термічну обробку, поверхневе гартування, наплавлення і т.п.) і в яких потрібно визначити твердість поверхневого досить тонкого шару. З цією метою в поверхневий шар втискується алмазна пірамідка (з кутом між її протилежними гранями 136°) під навантаженням 5,10,20... 100 кГс. Тривалість витримки під навантаженням складає 10-15 секунд. Після розвантаження визначають величину діагоналі відбитка, а за таблицею - твердість. Таблиця складена за обчисленнями за формулою:

,

де Р - навантаження на пірамідку в кГс;

α - кут між протилежними гранями пірамідки, який дорівнює 136°;

d - середнє арифметичне довжин обох діагоналей в мм.