4 сем БТС Рубцов и Карпов / Практика / ЛР 2 / 0501 Конунников Г А

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физической химии

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Материаловедение»

Тема: Измерение микротвердости материалов

Студентка гр. 0501		Конунников Г. А.
Преподаватель		Карпов О.Н.

Санкт-Петербург

2022

Цель работы: Определение твердости керамической пластины и гвоздя.

Основные теоретические положения.

Твердость материалов определяют при помощи воздействия на их поверхность наконечника, называющегося индентором. Индентор изготавливается из высокопрочного малодеформирующегося материала (закаленная сталь, алмаз, сапфир и т. п.) и имеет форму шарика, конуса, пирамиды или иглы. Существует несколько способов измерения твердости, различающихся по характеру воздействия индентора на поверхность исследуемого материала. Твердость можно измерять вдавливанием индентора (способ вдавливания), царапанием поверхности (способ царапания), ударом или же по отскоку. Твердость, определенная царапанием, характеризует сопротивление разрушению (для большинства материалов путем среза); твердость, определенная по отскоку, характеризует упругие свойства; твердость, определенная вдавливанием, – сопротивление пластической деформации.

В зависимости от величины нагрузки и размера индентора можно определить макро и микротвердость материала. Макротвердость характеризуется тем, что в испытуемый материал вдавливается тело, проникающее на сравнительно большую глубину, зависящую, прежде всего от величины прилагаемой нагрузки и свойств материала.

Метод определения микротвердости предназначен для оценки твердости очень малых (микроскопических) объемов материала. Его применяют для измерения твердости мелких деталей, тонкой проволоки или ленты, тонких поверхностных слоев, покрытий и т. д. Также метод позволяет произвести оценку твердости отдельных фаз или структурных составляющих материалов, а также разницы в твердости отдельных участков этих составляющих.

В качестве индентора при измерении микротвердости чаще всего, как и в случае определения твердости по Виккерсу, используют правильную четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136° (индентор Виккерса). Индентор плавно вдавливается в образец при нагрузках 0.09807-1.961 Н и стандартном времени приложения нагрузки 10 с. Число твердости по Виккерсу (НV – Vickers Hardness) определяется по формуле:

где F – нагрузка на индентор (статическая сила), выраженная в Н; d – диагональ отпечатка, выраженная в мм, g – ускорение свободного падения 9.80665 .

Микротвердость массивных образцов обычно измеряют на приготовленных специальным образом аншлифах. Глубина вдавливания индентора при определении микротвердости составляет несколько микрометров и соизмерима с глубиной получаемого в результате механической шлифовки и полировки модифицированного поверхностного слоя.

Фактически метод микротвердости – это разновидность метода Виккерса и отличается от него только использованием меньших нагрузок и соответственно меньшим размером отпечатка. Поэтому физический смысл числа микротвердости аналогичен классической твердости по Виккерсу. Для гомогенных однофазных материалов с крупным зерном Часто наблюдаемые отклонения от этого равенства, особенно в области F < 0.1 Н, объясняются в основном большими погрешностями измерения микротвердости. Источники этих погрешностей – вибрации, инструментальные ошибки в измерении длины диагонали отпечатка, не идентичность условий ручного нагружения, искажения структуры поверхностного слоя и др. (по мере уменьшения нагрузки все погрешности возрастают).

Как уже отмечалось, главная ценность метода микротвердости – это возможность оценки твердости отдельных фаз и структурных составляющих, что очень важно при решении многих материаловедческих задач и чего нельзя сделать другими методами. Некоторые области применения метода микротвердости представлены в табл. 1.

Таблица 1 – Некоторые области применения микротвердости

Протокол наблюдений к лабораторной работе №2

«Измерение микротвердости материалов»

m = 30г, t = 10 сек

	Воздействие	№ измерения		Длина диагонали
				, мкм	, мкм	, мкм
	20g	1		16,438	16,115	16,2765
		2		16,438	16,115	16,2765
		3		18,049	17,082	17,5655
		4		16,438	16,115	16,2765
		5		17,082	16,76	16,921
		6		17,082	17,405	17,2435
		7		16,115	16,438	16,2765
		8		16,438	15,793	16,1155
		9		16,76	16,115	16,4375
		10		16,76	16,76	16,76
	40g	1		12,892	12,57	12,731
		2		13,215	13,215	13,215
		3		14,504	13,537	14,0205
		4		13,859	12,57	13,2145
		5		14,826	13,215	14,0205
		6		13,537	12,892	13,2145
		7		14,826	15,471	15,1485
		8		13,537	13,859	13,698
		9		14,504	13,215	13,8595
		10		14,504	13,537	14,0205
		11		13,537	12,892	13,2145
		12		12,892	11,281	12,0865
Студент гр. 0501							Конунников Г.А.
Преподаватель							Карпов О.Н.

Обработка результатов

1. Явные промахи: отсутствуют. Образцовая масштабная линейка представленна на рисунке 2. Расчеты микротвердости для образцов представленны в таблицах 2 и 3.

Рисунок 2 – Образцовая масштабная линейка.

2. По формуле при m=0,03кг рассчитаем для всех измерений

Таблица 2 – Расчёт микротвердости для первого образца.

№ измерения	Длина диагонали
	, мм
1	0,0162765	209,992		8,009	64,144
2	0,0162765	209,992		8,009	64,144
3	0,0175655	180,303		21,68	470,022
4	0,0162765	209,992		8,009	64,144
5	0,016921	194,3		7,683	59,028
6	0,0172435	187,1		14,883	221,504
8	0,0162765	209,992		8,009	64,144
10	0,0161155	214,209		12,226	149,475

Пример расчёта:

Рассмотрим первое измерение 1:

=

Таблица 3 – Расчёт микротвердости для второго образца.

№ измерения	Длина диагонали
	, мм
1	12,731	0,012731		36,913	1362,57
2	13,215	0,013215		12,231	149,597
4	14,0205	0,0140205		23,321	543,869
5	13,2145	0,0132145		12,255	150,185
6	14,0205	0,0140205		23,321	543,869
7	13,2145	0,0132145		12,255	150,185
9	15,1485	0,0151485		63,899	4083,082
10	13,698	0,013698		9,838	96,786
11	13,8595	0,0138595		16,707	279,124
12	14,0205	0,0140205		23,321	543,869

Микротвёродсть для первого образца равна 200 HV 0.03/10, для второго образца 300 HV 0.03/12

Вывод: в ходе работы были найдены микротвердости двух пластин. Исходя из найденных значений, марка образец №1 это обычная, низколегированная сталь или литейная сталь, отпущенная сталь, углеродистая сталь; а образец №2 это плохо поддающаяся обработке резанием инструментальная сталь, закаленная, высоколегированная сталь, литейная сталь, сталь мартенситного класса, нержавеющая сталь. Проблемы с точным определением могут быть связаны с ошибочными снятиями и нахождениями длин отпечатков.