Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология получения и свойства спеченных материалов и изделий из них. Лабораторный практикум
.pdf
Число твердости по Бринеллю записывается без размерности (например, НВ 225). С помощью этого метода можно испытывать материалы с твердостью от 8 до 450. При большей твердости образца шарик-индентор заметно деформируется.
Таблица соответствия чисел твердости, измеренных различными способами
Твердость по Роквеллу
по шкале С (HRC) по шкале A (HRA)
70 86,5 1076 –
69 86.0 1004 –
68 85,5 942 –
67 85,0 894 –
66 84,5 854 –
65 84,0 820 –
64 83,5 769 –
63 83,0 763 –
62 82,5 739 –
61 81.5 715 –
60 81,0 695 –
50 76,0 513 –
49 75,5 498 –
48 74.5 485 –
47 74,0 471 448
46 73,5 458 437
45 73,0 446 425
44 72,5 435 415
42 71,5 413 393
40 70,5 393 372
30 – 301 283
28 – 285 270
26 – 271 260
24 – 257 250
22 – 246 240
20 – 236 230
Твердость
по Виккерсу (HV)
Таблица П3.1
Твердость
по Бринеллю (НВ)
Минимальная толщина испытуемого образца должна быть не
меньше 10-кратной глубины отпечатка. Расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5d.
Измерение твердости по Бринеллю проводится на приборе ТШ.
Сначала выбирают диаметр шарика и величину нагрузки в зависимости от материала и размеров образца. Установочным винтом закрепляют наконечник с шариком в шпинделе и на подвеску накладывают
121
требуемое количество сменных грузов. Образец устанавливают на столик и, вращая маховик, поднимают и прижимают его к индентору до
совмещения рисок на наконечнике, в который вставлен шарик. Нажав на кнопку, приводят в движение электродвигатель. По окончании
испытания опускают столик, снимают образец, измеряют диаметр отпечатка и определяют число твердости (по таблице или расчетом).
При измерении твердости по Виккерсу в поверхность образца вдавливается алмазный индентор в форме четырехгранной пирамиды с
углом при вершине α = 136 °. После удаления нагрузки Р измеряется
диагональ отпечатка d, оставшегося на поверхности образца. Число
твердости определяют делением нагрузки, Н, на площадь боковой
поверхности, мм
2
, полученного пирамидального отпечатка:
2
1
d
Fα=
2
sin
æö
α
ç
2sin
P
ç
ç
èø
HV
==. (П3.3)
2
22
dd
; (П3.2)
æö
÷
ç
÷
ç
÷
ç
èø
2
2
÷
÷
÷
1,8544
P
Значения HV можно взять из стандартных таблиц, для заданной нагрузки индентирования и различных значений d. Образцы для замера
твердости должны быть отполированы, и их поверхность свободна от наклепа. Минимальная толщина испытуемого образца должна быть больше диагонали отпечатка в 1,2 (сталь) или в 1,5 (цветные металлы) раза.
Расстояние между центром отпечатка и краем образца или краем соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 длин диагонали отпечатка.
Благодаря алмазному индентору можно определять твердость по
Виккерсу практически для любых материалов, вне зависимости от
их твердости, но, как правило, размеры отпечатка при этом значительно меньше, чем в методе Бринелля. Измерения проводят следующим образом. После установки образца на стол твердомера совмещают перекрестие окуляра микроскопа с тем местом на образце,
твердость которого необходимо измерить. Затем головку твердомера
устанавливают так, чтобы индентор оказался над образцом. Пока
образец находится под нагрузкой, горит сигнальная лампочка. После снятия нагрузки головку переводят в такое положение, чтобы
полученный отпечаток оказался в поле зрения микроскопа, и с помощью барабанчика окуляр-микрометра производят замер длины
122
диагонали отпечатка. На шкале окуляр-микрометра и на лимбе винта фиксируются показания, по которым определяется длина диагонали отпечатка. При использовании окуляра ×12,5 и объектива ×10
цена деления шкалы окуляра 0,1 мм, а лимба 0,001 мм.
При измерении твердости по Роквеллу индентором является также
алмазный конус с углом при вершине 120 ° и радиусом закругления
0,2 мм или стальной шарик диаметром 1,5872 мм. Конус вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р
и общей Р:
0
PP P=+, (П3.4)
01
где P1 – основная нагрузка; P0 = 1 Н (10 кг).
Число твердости по Роквеллу измеряется в условных единицах и
является мерой глубины вдавливания индентора под определенной
нагрузкой.
Чем больше глубина вдавливания h, тем меньше число твердости
HR. Твердость по Роквеллу определяют по двум «шкалам» – А и С.
По шкале А нагрузка Р = 6 Н (60 кг), а по шкале С нагрузка Р = 15 Н
(150 кг). Число твердости выражается в соответствии с нагрузкой формулой HRA (HRC) = 100 – е, где e = (h – h0) / 0,002, здесь h0 – глубина
вдавливания от предварительной нагрузки, h – глубина вдавливания
от полной нагрузки; 0,002 – цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла. Пределы измерения в единицах твердости по Роквеллу следующие: HRB – 25…100; HRC – 20…67; HRA – 70…92.
Измерение твердости на приборе марки ТК проводится следующим образом. Вертикальное позиционирование столика и образца
производится вращением маховика. Приложение предварительной
нагрузки к образцу осуществляется цилиндрической пружиной, действующей на шпиндель. Основная нагрузка передается на шпиндель
через систему рычагов. Предварительно вращением маховика стол
с образцом поднимают до тех пор, пока индентор не окажется вдавленным в образец предварительной нагрузкой P0 = 10 кг.
Порядок определения твердости следующий.
1. Оттарировать прибор по контрольным плитам.
2. Провести замеры твердости полученных от преподавателя ма-
териалов.
3. Полученные результаты свести в таблицу и построить зависимости HB, HV, HRA и HRC (по указанию преподавателя) от состава
материалов.
123
Приложение 4
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ
Этот метод предназначен для определения твердости очень малых
объемов материала. Главное его назначение в исследовательских работах – оценка твердости отдельных фаз или структурных составляющих сплавов, а также разницы в твердости разных участков.
Метод микротвердости стандартизован ГОСТ 9450–60. В качестве индентора при измерении микротвердости, как и в случае
определе ния твердости по Виккерсу, используют четырехгранную
алмазную пирамиду с углом при вершине 136 °. Эта пирамида плавно
вдавливается в образец при нагрузке от 5 до 500 г. Микротвердость
HV, МПа, определяется по формуле
1,8544HVP
= , (П4.1)
2
где Р – нагрузка, г; d – диагональ отпечатка, мкм.
Значение d обычно изменяется от 7 до 50 мкм. Измерение микротвердости производится на полированных металлографических
шлифах, с которых удален наклепанный слой с помощью отжига
(обычного вакуумного), электрополировки или химическим травлением.
Для определения микротвердости серийно выпускается стандартный прибор ПМТ-5 Порядок работы на этом приборе следующий.
1. Выбрать нужную нагрузку и установить грузики-диски на стержень. Нагрузку подбирают в зависимости от твердости и размеров
испытуемого образца, слоя или структурной составляющей.
2. С помощью специального пресса установить образец в пластилине на подставке, добиваясь параллельности плоскостей поверхности шлифа, подставки и предметного столика.
3. Установить на столик подставку так, чтобы закрепленный на
ней образец оказался под объективом микроскопа. Прижимными
лапками закрепить подставку с образцом на предметном столике. С
помощью винтов произвести наводку на резкость. Поворотом главной линзы установить на резкость перекрестие окуляр-микрометра.
4. Перемещая предметный столик со шлифом микрометрическими винтами, установить перекрестие в то место на образце, твердость которого необходимо измерить.
d
124
5. Перевести столик в крайнее левое положение до упора так, чтобы образец оказался под индентором. С помощью рукоятки-рычажка, равномерно поворачивая ее на себя, приложить нагрузку на индентор и дать выдержку 5 с.
6. Обратным поворотом рукоятки снять нагрузку, повернуть столик, переводя образец под объектив микроскопа. Следить за постоянством времени нагружения и времени выдержки под нагрузкой в
каждой серии измерений!
7. Установить с помощью микрометрических винтов отпечаток на образце так, чтобы левый край диагонали отпечатка касался
перекрестия окуляр-микрометра. Произвести замер диагонали отпечатка с помощью барабанчика окуляр-микрометра перемещением перекрестия в правую вершину отпечатка. Цена его деления
при использовании объектива ОЭ-6 составляет примерно 0,31 мкм.
Цифра, установившаяся на барабанчике окуляр-микрометра, определит число делений m, которое соответствует длине диагонали
d = 0,31m мкм. При измерении микротвердости расстояние между
центрами соседних отпечатков должно быть не менее двух длин диагонали большего отпечатка.
Микротвердость определяют по формуле или по стандартным
таблицам по длине диагонали при разных нагрузках. Можно пользоваться и специальными номограммами. Числу микротвердости
соответствует точка пересечения со шкалой прямой, соединяющей
величину нагрузки с длиной диагонали отпечатка на другой шкале.
125
Приложение 5
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭРЦИТИВНОЙ
СИЛЫ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
Свойства твердых сплавов определяются в первую очередь содержанием кобальта или карбидной фазы, размером зерен составляющих фаз, а также характером распределения связующей фазы. Изменяя размер зерна карбидной фазы, можно существенно изменять и
свойства сплавов в целом.
Размер зерен карбидной фазы косвенно связан физической характеристикой твердых сплавов – коэрцитивной силой. По её значению можно
качественно судить о размере зерен карбидной фазы и контролировать соблюдение режимов спекания. Чем больше размер зерен, тем меньше значение коэрцитивной силы при одинаковом содержании кобальта.
Коэрцитивная сила – это напряженность магнитного поля, обеспечивающая полное размагничивание предварительно намагниченного до полного насыщения ферромагнитного материала (кобальта).
Опре деление величины коэрцитивной силы твердых сплавов проводят на коэрцитиметре ИКС. Методика определения заключается в
измерении градиента магнитного поля, создаваемого намагниченным образцом, помещенным в зону магнитно-модуляционного датчика. Коэрцитиметр позволяет производить измерения в диапазоне
3…250 Э с погрешностью в среднем 4 %. Определение коэрцитивной
силы проводят на образцах с содержанием кобальта 3 % масс. и выше,
размером не более 20×20×50 мм, массой от 5 до 200 г.
При определении коэрцитивной силы необходимо выполнить
следующие действия.
1. Включить прибор и прогреть в течении 10 мин.
2. Проверить исправность работы прибора по трем эталонным
образцам; отклонение не должно превышать ±1 Э для эталона с минимальным значением и ±3 Э для эталона с максимальном значением коэрцитивной силы.
3. Проверить, чтобы при вдвинутом в магнитный блок до отказа пустом контейнере стрелка прибора отклонялась не менее, чем на 300 Э.
4. Поместить образец в измерительный контейнер широким основанием в горизонтальной плоскости, большой осью вдоль оси
контейнера.
5. Задвинуть контейнер в магнитный блок до упора и удерживать
его в этом положении до снятия показаний коэрцитиметра.
6. Вынуть лодочку из магнитного блока и достать образец.
Шкала прибора градуирована в эрстедах (Э). В СИ коэрцитивная
сила имеет размерность «ампер на метр» (А/м), 1 Э равен 79,5 А/м.
Для каждого образца делают не менее трех замеров.
126
Приложение 6
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ
Электросопротивление характеризует не только электрические,
но и теплофизические свойства материалов. Методы определения
электросопротивления весьма многочисленны. Все они сводятся либо к подбору сопротивления, равного определяемому, либо к
определению падения напряжения на образце при точно фиксированной силе тока в цепи.
В первом случае метод определения связан с измерением электросопротивления с помощью мостовой схемы (например, двойного моста Томсона). Во втором случае, являющемся одним из самых
распространенных, надежных и очень точных методов измерения
электросопротивления, используется потенциометрический (компенсационный) метод.
При измерении электросопротивления по схеме двойного моста Томсона определяемое R
ления включаются последовательно друг с другом и источником
тока. Параллельно им включаются переменные сопротивления R1
и R2, соединенные между собой последовательно, и сопротивления
R3 и R4, которые между собой также соединены последовательно.
Между двумя парами сопротивлений (R1, R2 и R3, R4) включен нульгальванометр Г. Для определения электросопротивления образца Rx
надо подобрать такие переменные сопротивления R1 и R2, при которых гальванометр показывает нулевое значение. Тогда электросопротивление определяется следующими соотношениями:
, Ом и эталонное Rэ, Ом, сопротив-
x
RU
RU= ; (П6.1)
ээx
x
RR
RR=
э1
x
. (П6.2)
2
Точность измерения по этой схеме достаточно высока (10–6…10–7
Ом) лишь при условии, что Rэ Rx, и эти сопротивления соединены
между собой практически накоротко (сопротивление соединителя
должно быть как можно меньше).
По компенсационному методу потенциометром поочередно измеряют падение напряжения Ux на Rx и Uэ на Rэ при постоянной силе
127
тока в цепи. Затем рассчитывают значение определяемого сопротивления по формуле
RU
RU=
ээx
x
. (П6.3)
Точность измерения этим методом определяется точностью по-
тенциометра и чувствительностью гальванометра и составляет
–8
…10–9 Ом.
10
Существует также весьма простой, но надежный метод определения малых и средних сопротивлений, так называемый метод ампервольтметра. Сила постоянного тока в цепи регулируется реостатом.
По показаниям амперметра и вольтметра (милливольтметра) определяют сопротивление:
U
RI= . (П6.4)
x
x
Этот метод пригоден, если сопротивление вольтметра достаточно
велико и можно пренебречь переходными сопротивлениями в точках подсоединения к схеме образца и сопротивлениями самих соединительных проводов.
Определив значение Rx и зная длину образца l, м, и площадь поперечного сечения S, м2, можно рассчитать электропроводность vx,
Ом–1, удельное сопротивление ρx, Ом·м, и удельную электропроводность σx, Ом–1·м–1:
1
vR= ; (П6.5)
x
ρ =
x
σρ=
x
RS
x
; (П6.6)
l
1
x
. (П6.7)
x
Электрические свойства спеченных материалов существенно зависят от их пористости и структуры. Установка позволяет определять электросопротивление образцов потенциометрическим (компенсационным) методом, причем падение напряжения на образце
измеряется между двумя четырехигольчатыми зондами, обеспечивающими усреднение напряжения по высоте образца.
128
Рабочая цепь питается током от аккумуляторной батареи, которая для повышения стабильности работы через выпрямительный
щит включена в сеть и находится на постоянной подзарядке.
Образец с известной площадью поперечного сечения закрепляют
двумя токоподводящими контактами и измеряют ток, проходящий
через образец, падение напряжения на известном отрезке его длины,
равном расстоянию между зондами. Необходимо, чтобы расстояние
между плоскостью расположения иголок зонда и ближайшим торцом образца было не менее 3 мм.
Перед началом измерений необходимо установить требуемую
силу тока в цепи потенциометра по ЭДС нормального элемента
(НЭ). Для этого переключатель потенциометра следует поставить в
положение «НЭ» и с помощью реостатов, вмонтированных в потенциометр, добиться нулевого положения подвижной системы гальванометра. После этого переключатель потенциометра ставят в положение х
, а затем определяют падение напряжения на эталонном
2
сопротивлении (Uэ) при токе, равном 1…2,5 А (рабочий ток в цепи
регулируется с помощью реостата).
Затем переключатель потенциометра ставят в положение х2 и измеряют падение напряжения на образце (Ux). Указанные измерения
рабочего тока в цепи и падения напряжения на образце повторяют
трижды с усреднением результатов.
Нулевое положение подвижной системы гальванометра, получаемое при нажатии на кнопку «0» потенциометра и фиксируемое при
отсутствии смещения светового «зайчика» от его среднего положения на шкале гальванометра, указывает на то, что падение напряжения на образце полностью компенсировано падением напряжения
на потенциометре.
Расчет электросопротивления и электропроводности производится по формулам, приведенным выше.
129
Приложение 7
МЕТОДИКА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ШЛИФОВ ДЛЯ
МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
СПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Под металлографическим исследованием понимают изучение
внутреннего строения материалов – размеров и формы зерен, фазового состава и взаимного расположения кристаллов фаз – с помощью светооптического или электронного микроскопов. Результаты
металлографического исследования спеченных изделий, как и литых материалов, являются одними из важнейших характеристик для
оценки свойств спеченных изделий.
При применении оптических микроскопов используют специально подготовленные полированные поверхности (шлифы) образца, а для электронных микроскопов просвечивающего типа –
тонкие пленки (реплики), воспроизводящие рельеф поверхности
шлифа. Очень часто для четкого выявления структуры с помощью
специально подобранных травителей добиваются окраски в разные
цвета структурных составляющих сплава.
Приготовление шлифов
Шлифы обычно изготовляют по поперечному сечению (излому)
образца сплава. Для выравнивания поверхности излома образцы
предварительно затачивают на шлифовальных кругах из карбида
кремния. Затем образец закрепляют в обойме с помощью расплавленной серы, органических смол или легкоплавких сплавов, чтобы
дальнейшему шлифованию и полированию подвергалась только
поверхность образца, предназначенная для исследования. Поверхность шлифа обрабатывают на шлифовальной водостойкой бумаге,
изготовленной из карбида кремния зернистостью КЗ-120, КЗ-150,
КЗ-180, КЗМ-40 (для сравнительно мягких образцов на медной или
железной основе) или шлифуют с помощью карбида бора зернистостью 80…90 мкм (твердые образцы на основе карбидов, боридов и
других тугоплавких соединений, например твердые сплавы).
При изготовлении шлифов из пористых материалов влага, задерживающаяся в порах, вызывает дополнительное окисление поверхности. Это затрудняет изучение микроструктуры, поэтому перед
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]