Лабораторная работа № 3

Определение микротвердости металлов

Цель работы: ознакомление с методами определения микротвердости металлов, а также с устройством и принципом действия приборов для измерения микротвердости.

Оборудование и материалы: микротвердомер 402 MVD, микрошлифы различных материалов.

Задания: 1. Ознакомиться с основными методами определения микротвердости. 2. Изучить устройство и принцип действия микротвердомера 402 MVD для измерения микротвердости. 3. Подготовить отчет по работе.

Общие сведения

Метод микротвердости является единственным методом, который позволяет определить твердость фаз и структурных составляющих многокомпонентных сплавов и дает возможность решать вопросы, связанные с влиянием отдельных составляющих на упрочнение. Этим методом можно установить, какие легирующие компоненты играют главную роль в упрочнении сплава.

Цель измерения микротвердости

- определение твердости отдельных зерен и структурных составляющих многокомпонентных сплавов (здесь метод микротвердости единственный), что имеет большое значение при изучении свойств и превращений в сплавах при их термической обработке в производстве, структурных изменениях в эксплуатации и многих др.

- определение твердости отдельных микрообъемов образцов и деталей, имеющих отличия от основной массы их материала; это могут быть местные (поверхностные) упрочнения и разупрочнения (различные покрытия, наклепанные деформированием слои, и, в частности, разогрев и соответственно разупрочнение режущего лезвия инструмента и т.п.).

Метод микротвердости применяется для изучения внутрикристаллической ликвации, используется для построения диаграмм состояния.

Микротвердость первичных выделений кристаллов твердого раствора растет далеко за пределами его насыщения вторым компонентом. Зависимость микротвердости от состава твердого раствора в некоторых двойных сплавах приведена на рис.1.

а б

Рис.1. Зависимости микротвердости от состава твердого раствора в системах:

а – Al – Mg, A1 – Si; б – Сu – Zn, Сu – Sn

Метод микротвердости можно с успехом использовать для исследования процессов диффузии в металлических сплавах, так как величина микротвердости зависит от концентрации легирующего компонента в той или иной фазе.

Для исследования процессов диффузии в поверхностных слоях образца следует делать его косые срезы, что увеличивает размер исследуемой поверхности и точность измерений. В качестве примера на рис.2 приведена кривая изменения содержания меди и величины микротвердости плакирующего слоя и исходного сплава, дуралюмина, после термической обработки.

Метод микротвердости очень чувствителен к незначительным изменениям состава фаз, поэтому им можно пользоваться для изучения пределов растворимости. В случае ограниченной растворимости в твердом состоянии микротвердость растет по мере увеличения концентрации второго компонента в сплаве; при переходе за предел насыщения рост микротвердости раствора практически прекращается.

По данным ряда исследований построены диаграммы состав – микротвердость для некоторых случаев взаимодействия компонентов (рис.3).

Рис.2. Изменение содержания меди и микротвердости плакированных образцов дуралюмина после термообработки (косой срез через плакирующий слой);  – данные измерений микротвердости;  – данные спектрального анализа

Микротвердость эвтектической смеси практически не меняется и определяется твердостью той составляющей, количество которой преобладает в эвтектической смеси. Наиболее интересен тот факт, что микротвердость эвтектики почти не зависит от высокой твердости кристаллов химического соединения, входящих в эвтектику.

Рис.3. Диаграммы состав — микротвердость для некоторых случаев взаимодействия компонентов

а - случай с ограниченной растворимостью и эвтектикой;

б - случай с перитектикой;

в - случай с ограниченной растворимостью, химическим соединением и эвтектикой

В Приложении (табл. 1-3) приведены значения микротвердости некоторых металлов, сплавов, а также фаз и структурных составляющих по литературным данным.