Контрольні запитання

1. За рахунок чого утворюється лунка при втискуванні конуса в метал (пластичні тіла)?

2. Яка залежність між глибиною занурення та навантаженням при втискуванні конуса в гірські породи?

3. Чому неможливо визначити величину контактних тисків при зануренні конуса, більшому за h_o?

4. Як усунути вплив люфтів та зазорів при вимірюванні навантаження?

5. Як усунути вплив люфтів та зазорів при вимірюванні деформації?

6. За якою формулою розраховують площу отриманого відбитку при відомому h₀ та куті при вершині конуса.

Література: [1], стор. 72; [2] стор. 76 −79.

Лабораторна робота №4 визначення мікротвердості мінералів і гірських порід приладом пмт-3

Мета роботи: Опанування методики визначення мікротвердості на приладі ПМТ-3 і вивчення взаємозв’язку між твердістю гірської породи і мікротвердістю породоутворюючих мінералів.

Теоретичні відомості

Твердість, визначена при малих площах контакту індентора з гірською породою і малих навантаженнях, отримала назву мікротвердості.

Прилад ПМТ-3 призначений для випробування матеріалів на твердість втискуванням при навантаженні від 0,02 до 2 Н. Для втискування використовують алмазні піраміди Віккерса і Кнуппа.

Піраміда Віккерса має квадратне січення і кут при вершині між протилежними гранями 136°. Піраміда Кнуппа має ромбічний переріз з кутами при вершині 130° та 172,5°.

Втискуючи алмазну піраміду при малих навантаженнях (0,2 – 0,5 Н), на поверхні гірської породи можна отримати пластичний відбиток. За допомогою приладу ПМТ-3 визначають мікротвердість породоутворюючих мінералів і дрібнозернистих порід з розмірами зерен до 0,01 мм. Для середньо- і крупнозернистих порід через малі розміри відбитку (десяті частки міліметра) можна визначити тільки твердість мінералів, з яких складається гірська порода, але не твердість самої породи. Величина мікротвердості H_м [Па] визначається як частка від ділення навантаження P на бокову площу відбитка F :

(4.1)

, (4.2)

де  – кут при вершині піраміди, =136;

d – діагональ відбитку.

Із урахуванням нахилу граней відбитка до горизонтальної площини, на яку він проектується, формула для розрахунку мікротвердості матиме вигляд:

(4.3)

Прилади і матеріали для проведення роботи

Прилад ПМТ-3, відшліфований взірець гірської породи, алмазна пірамідка Віккерса.

Опис приладів

Прилад ПМТ-3 (рис. 4.1) складається із масивної станини 12 та стійки 9 , до якої прикріплено тубус мікроскопа 2, на якому окрім окулярного мікрометра 1, об’єктива 4 і освітлювача на спеціальному кронштейні знаходиться навантажувальний механізм 10. Тубус пересувається в направляючих кронштейна, закріпленого на стійці станини, за допомогою рейки і зубчатого колеса – для здійснення “ грубих ” переміщень (“ макроподача” 7) і за допомогою особливого багатоступеневого шестерінчастого механізму – для здійснення малих переміщень (“ мікроподача ” 8).

Знизу розташовано предметний столик 6, верхня частина якого за допомогою мікрометричних гвинтів може рухатися у горизонтальній площині в двох взаємно перпендикулярних напрямах. Крім того, весь столик повертається довкола своєї вертикальної осі на 180.

Взірець 11 встановлюють на столику 6. Вибравши на ньому під мікроскопом місце для нанесення відбитку, підводять його під вістря алмазної піраміди 5, повертаючи увесь столик на 180. Втискують пірамідку: повертають на півоберта (зліва – направо) ручку навантажувального пристрою; при цьому навантажений зусиллям Р шток, на нижньому кінці якого закріплена алмазна піраміда, опускається до дотику піраміди із зразком. Тривалість витримки під навантаженням  10 с.

При зворотному повороті ручки навантажувального пристрою шток разом з вантажем і пірамідою підіймається у вихідне положення. Предметний столик повертають в зворотному напрямі до упору. Відбиток опиняється під мікроскопом.

а)

б)

1 – окулярний мікрометр; 2 – тубус; 3 – центрування;

4 – об’єктив; 5 – алмазна піраміда; 6 – столик; 7 – макроподача;

8 – мікроподача; 9 – стійка; 10 – механізм навантаження;

11 – зразок; 12 – станина.

Рисунок 4.1 – Загальний вигляд (а) та схема (б) приладу ПМТ -3

Для вимірювання діагоналі відбитка (рис. 4.2а), який спостерігається в полі зору мікроскопа, використовується гвинтовий окулярний мікрометр.

В окулярі мікроскопа є нерухома шкала, яка має 8 поділок. Спостерігач повинен бачити і шкалу і перехрещення ниток двома штрихами, котре пересовується точним гвинтом окулярного мікрометра.

Гвинт має на кінці барабан, розділений на 100 поділок для відрахування дробових часток його повороту.

При заданому збільшенні мікроскопа приладу ПМТ-3 найменша поділка на барабані відповідає переміщенню перехрестя на 0,3 мкм, а пов­ний оберт барабана – на 30 мкм, або одній поділці на нерухомій шкалі.

Отриманий відбиток (рис. 4.2 а) за допомогою мікрометричних гвинтів на столику підводять до перехрещення ниток і суміщають його з центром перетину діагоналей відбитку (рис. 4.2б). Перехрещення ниток підводять барабаном праворуч від відбитка – до його правого кута (рис. 4.2 в) таким чином, щоб товщина ниток завжди залишалася праворуч від контуру відбитка – і беруть перший відлік по шкалі.

Після цього перехрещення ниток підводять до лівого кута відбитка і знову беруть відлік ( рис. 4.2 г).

Знаходять різницю показів в поділках шкали. Знаючи ціну поділки шкали – 0,3 мкм , визначають довжину діагоналі.

Рисунок 4.2 – Вимірювання діагоналі відбитку

Знаючи навантаження і розміри діагоналі, визначають мікротвердість.

Порядок виконання роботи

1. Встановити зразок на столик установки і закріпити його.

2. Провести втискування пірамідки в нього.

3. Виміряти діагоналі відбитку і результати записати у журнал(табл. 4.1).

4. Згідно розрахункових формул (4.1-4.3) обчислити значення мікротвердості. Результати записати в журнал.

Таблиця 4.1 – Результати визначення мікротвердості

Зразок	№ досліду	Навантаження Р, Н	Початковий відлік	Кінцевий відлік	Довжина діагоналі d, мкм	Мікротвердість Нм, Па

Примітки:

1. Зразки для випробувань і рекомендації що до вибору величини навантаження і типу об’єктива даються викладачем.

2. Робота з приладом без нагляду викладача забороняється.

3. Формула (4.3) справедлива при використанні квадратної піраміди Віккерса.