Вимірювання мікротвердості металів та сплавів

Лабораторна робота № 5 вимірювання мікрОтвердості металів та сплавів

5.1. Мета роботи та робоче завдання.

Мета роботи: Ознайомитися з фізичними основами вимірювання мікротвердості матеріалів. Опанувати принципи роботи мікротвердоміру ПМТ-3. Набути практичного досвіду вимірювання мікротвердості металів та сплавів на мікротвердомірі ПМТ-3.

Для досягнення мети роботи необхідно виконати наступні завдання:

• Опрацювати літературу для опанування фізичних принципів, що лежать в основі методів вимірювання мікротвердості;

• Ознайомитися з принципом роботи мікротвердоміру ПМТ-3 та методикою виконання вимірювань;

• Виміряти мікротвердість наданих матеріалів;

• Зробити висновки щодо отриманих результатів.

5.2 Теоретична частина

Під мікротвердістю слід розуміти твердість матеріалу в мікроскопічних об’ємах. Вимірювання мікротвердості має на меті визначити твердість окремих зерен, фаз і структурних складових сплаву (а не «усереднену твердість», як при вимірюванні макротвердості). В даному випадку об'єм, що деформується вдавлюванням, повинен бути менше об'єму (площі) вимірюваного зерна. Тому прикладене навантаження вибирається невеликим. Крім того, мікротвердість виміряють для характеристики властивостей дуже малих за розмірами деталей.

Значний вплив на результати випробувань мікротвердості надає стан поверхні матеріалу, що досліджується. Якщо поверхня нерівна — криволінійна або з виступами, то окремі ділянки в різному ступені беруть участь в опорі вдавлюванню і деформації, що призводить до помилок у вимірюванні. Чим менше навантаження для вдавлювання, тим більш ретельно повинна бути підготовлена поверхня. Поверхня зразка для вимірювання мікротвердості має бути на лише шліфованою, а й полірованою. В залежності від задач, які вирішуються за допомогою даного виду дюрометричних випробувань, поверхню можна протравити. Для запобігання спотворенню приповерхневого шару внаслідок процедур шліфування та полірування, рекомендується застосовувати хімічне чи електролітичне полірування (див. роботу № 2). Поверхня, що досліджується, повинна бути встановлена горизонтально, тобто перпендикулярно дії індентора. Протилежна сторона зразка також повинна бути зачищеною і не мати окалини, оскільки остання при навантаженні зразка може спотворювати результати вимірювання.

Метод визначення мікротвердості аналогічний вимірюванню твердості за Віккерсом, але використовують 10³ менше навантаження (навантаження від 0,05 Н до 2 Н). За рахунок цього площа відбитку також буде меншою, що дозволяє оцінити твердість окремих структурних складових, покриттів, плівок, дрібних деталей, тощо. Деякі області застосування мікродюромктричного аналізу наведено в табл. 5.1.

Таблиця 5.1 – Деякі області застосування

результатів вимірювання мікротвердості матеріалів

№ з/п	Область застосування	Схема вимірювань	Опис методики індентування
1	Оцінка мікротвердості окремих структурних складових сплаву		Робоча поверхня протравлюється для виявлення мікро-структури. Відбитки індентора наносяться в окремі структурні складові (зерна)
2	Оцінка градієнту мікротвердості по товщині шару (наприклад, після поверхневого зміцнення, або ХТО)		Використовують поперечний шліф. Відбитки наносять від краю шару вглиб через певний інтервал, за результатами будують криву зміни мікро-твердості по товщині шару.
3	Оцінка відмінності мікротвердості матеріалу по площи-ні (для якісної оцінки мікронеодно-рідності міцності)		На шліфовану робочу поверхню наноситься в різних місцях не менш 20 відбитків індентора з наступною статистичною обробкою результатів.
4	Оцінка анізотропії міцностних характеристик монокристалу		При нанесенні відбитка індентор повертається на певний кут. Анізотропія оцінюється за відношенням діагоналей отриманих відбитків
5	Оцінка мікронеоднорідності пластичної деформації в локальних об’ємах матеріалу		Вздовж напрямку розтягування наносять не менше 100 рівновіддале-них відбитків з невеликим навантаженням. Після випробувань вимірюють відстань між окремими відбитками та статистично обробляють отримані дані.