Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Оценка качества материалов. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1210 11 12 > Следующая >>>

другую.

Методы определения эффективной толщины упрочненного слоя. Методы определения эффективной толщины упрочненного слоя

цементированных или цианированных спеченных материалов на основе железа путем измерения микротвердости по Виккерсу устанавливает международный стандарт ИСО 4507. Описываемая методика не применима к материалам, прошедшим закалку, но при пределенном подходе ее можно применять для пористых материалов.

В стандарте используются следующие специальные определения:

- эффективная глубина упрочненного поверхностного слоя (DC) –

расстояние, измеренное перпендикулярно поверхности, на котором твердость падает ниже определенного уровня;

- общая глубина упрочненного поверхностного слоя – расстояние, измеренное перпендикулярно поверхности, на котором твердость падает до уровня твердости сердцевины детали. Следует отметить, что определение общей глубины упрочненного поверхностного слоя, описываемый стандарт не охватывает.

Определение микротвердости по Виккерсу соответствует международному стандарту ИСО 81 «Определение твердости по Виккерсу для стали». По результатам определения строят кривую изменения твердости как функции расстояния от поверхности образца по сечению, перпендикулярному упрочненной поверхности. Эффективную глубину упрочненного поверхностного слоя считывают в этой кривой в точке, соответствующей определенной твердости по Виккерсу, обычно равной HV заинтересованными сторонами может быть определена другая величина (HG).

Описанный метод (метод А) может быть упрощен при необходимости быстрого определения (метод В). По методу В твердость измеряют в двух точках, расположенных с двух сторон приблизительно взятой глубины упрочненного поверхностного слоя. Точную эффективную глубину упрочненного поверхностного слоя определяют с помощью интерполяции.

Измерительный прибор, обеспечивающий измерение диагоналей отпечатка с точностью ±0,5 мкм.

Измерения микротвердости проводят по сечению спеченного

0,1 = 550. По соглашению между

образца, разрезанного перпендикулярно к поверхности. Зону для испытания выбирают по соглашению между поставщиком и потребителем. Исследуемая поверхность должна быть отполирована до чистоты, которая обеспечивает правильные измерения микротвердости по отпечатку. При полировке следует принять все меры предосторожности во избежание повреждения кромок образца, перегрева или изменения поверхности вследствие загрязнения пор.

Испытание выполняют с помощью алмазного индентора Виккерса с использованием нагрузки – 0,9807 Н (HV 0,1).

Метод А. Определение эффективной глубины упрочненного поверхностного слоя.

Расположение отпечатков при определении микротвердости показано на рис.36. Для каждой глубины d1, d2 и т.д. делают по меньшей мере три отпечатка. Исключают наименьшее значение, если оно явно мало, например, из-за пористости или если оно, будучи оставлено, увеличивает диапазон пористости, полученный по другим отпечаткам, более чем в два раза. В этих случаях делают повторный отпечаток.

Рис. 36. Расположение отпечатков при определении твердости

Отпечатки делают на следующих глубинах от поверхности (мм): 0,05—0,1—0,2—0,3—0,4—0,5—0,75—1,0—1,5—2,0—3,0.

Расстояние между двумя смежными отпечатками S (см. рис. 36) должно быть не менее чем в 2,5 раза больше диагонали отпечатка. Инденторные воздействия должны быть в пределах зоны W

шириной 1,5 мм.

В процессе обработки результатов вычисляют средние арифметические значения величин твердости, полученные на каждой глубине, и строят график зависимости твердости от расстояния до поверхности (рис. 37). Проводят горизонтальную линию через точку HG, отвечающую определенной величине твердости. Эффективная глубина упрочненного поверхностного слоя DC на оси абсцисс соответствует точке пересечения этой горизонтали с кривой изменения твердости.

Точность определения зависит от количества отпечатков на каждой глубине. Если результат неточен вследствие малого угла пересечения между кривой и горизонтальными линиями, то дополнительные отпечатки в области приблизительных величин глубины упрочненного поверхностного слоя увеличат точность.

Рис. 37. Определение глубины поверхностного упрочненного слоя

по методу А

Метод Б. Качественное испытание для определения эффективной глубины упрочненного поверхностного слоя.

Метод основан на предположении, что кривую глубины упрочненного поверхностного слоя (функцию твердости) можно рассматривать как прямую в области величин эффективной глубины поверхностного слоя, определенной методом А.

Участок готовят так же, как в методе А, однако определение микротвердости проводят только для двух глубин d1 и d2 (ри

с. 38).

Значения глубин выбирают так, чтобы d1 было меньше, a d2 было

больше полученной эффективной глубины упрочненного поверхностного слоя; при этом d2 должно быть меньше общей глубины упрочненного поверхностного слоя.

Рис. 38. Определение глубины поверхностного упрочненного слоя

по методу Б

Величину глубин d1 и d2 в

ыбирают на основании последнего испытания аналогичных материалов или по кривой твердости, построенной для аналогичного материала по методу А. Проводят по меньшей мере пять измерений микротвердости на каждой из двух глубин. Расстояния между смежными отпечатками и правила для отбрасывания меньших значений те же, что в методе А.

Если значения твердости на глубинах d1 и d2 оба выше или оба

ниже значения твердости на эффективной глубине упрочненного поверхностного слоя, то для определения используют метод А.

Вычисляют среднее арифметическое значение величин твердости, полученных на каждой глубине. Затем применяют один из двух способов:

- строят график (рис. 38) зависимости величины твердости от расстояния до поверхности. Далее наносят две величины твердости Н1 и Н2 напротив соответствующих величин глубин d1 и d2 и соединяют две точки. Эффективную глубину упрочненного поверхностного слоя находят по оси абсцисс как соответствующую точке пересечения прямой твердости и горизонтали, проведенной через точку НG,

оответствующую определенной величине твердости поверхностного

с слоя;

- в

ычисляют эффективную глубину упрочненного

()(

)

поверхностного слоя DC по уравнению

HGHdd

−−

dDC

112

−

где HG – определенная величина твердости; Н1 и Н2 – средние арифметические значения величины твердости, измеренные на расстояниях d1 и d2.

Испытание микротвердости частиц. Микротвердость

представляет собой весьма важную физико-механическую характеристику порошков, имеющую для них гораздо более универсальное значение, чем для монолитных материалов, прочностные и пластические характеристики которых могут исследоваться всевозможными другими методами. Что же касается порошков, то для них испытания на микротвердость представляют единственную в своем роде возможность исследования способности частиц порошка к деформированию и оценки локальной прочности и пластичности отдельных частиц или их участков, не прибегая при этом к компактированию и, следовательно, дополнительному наклепу частиц исследуемого материала.

Микротвердость является физико-механической характеристикой внутренней структуры этих частиц, зависящей от их химической природы, фазовых составляющих, степени искаженности кристаллической решетки, внутреннего наклепа, распределения примесей и т. д.

Замер величины микротвердости производится в нескольких отдельных частицах типичной для данной пробы морфологии и размера, чтобы получить достоверные сведения о порошке в целом.

Значение микротвердости рассчитывается по формуле

Н = 1,8544Р/l2, (

где Р – нагрузка на индентор; l – длина диагонали отпечатка.

Чаще всего диапазон нагрузок, при которых испытываются порошки, определяется 10-30 г. Так, отпечаток индентора в частицах порошка Fe при нагрузке 30 г составляет по линейной протяженности 15-20 мкм. Если учесть, что методика определения предполагает, что расстояние от края частицы до отпечатка должно составлять не менее

иагонали отпечатка, то с достаточной достоверностью и

1,5 д надежностью измерения могут вестись на частицах, превышающих

(65)

66)

40-50 мкм. Поэтому микротвердость на порошках обычно определяется при малых значениях нагрузки.

Созданы также установки для определения микротвердости с использованием сканирующего электронного микроскопа, что повысило не только скорость измерений, но и точность результатов, их сходимость.

Особое место в исследовательской практике заняли методы микротвердости, основанные на измерении не диаметра, а глубины погружения индентора в исследуемый материал. К последним относится метод кинетической микротвердости, основанный на непрерывной автоматической регистрации микровдавливания алмазного наконечника в виде двух- и трехкоординатной диаграммы нагрузка - глубина погружения - время. В результате исследования кинетики микровдавливания на трех стадиях (активное нагружение, выдержка отпечатка под нагрузкой и разгружение; возможно повторное нагружение) достигается качественная аналогия между методиками испытания на вдавливание и на растяжение (сжатие).

Физическое значение твердости под нагрузкой является более обоснованной величиной и менее условной, чем при традиционном способе измерения, и снятие даже двухкоординатной диаграммы нагрузка - глубина вдавливания индентора дает широкие возможности получения интересной и разносторонней информации об исследуемом объекте.

Схема такой диаграммы типичного характера приведена на рис.39а. Прежде всего, по участку нагружения определяют величину микротвердости под нагрузкой, так называемую невосстановленную микротвердость, по формуле

PCH⋅

где H – микротвердость; Р – нагрузка; h – глубина погружения индентора при данной нагрузке; С – коэффициент, зависящий от формы индентора (для стандартной четырехгранной пирамидки с углом 136° при вершине С = 37,8).

По физическому смыслу кинетика движения индентора на участке нагружения характеризует микропластическую деформацию объекта в условиях сосредоточенного нагружения. Участок

(67)

разгружения характеризует упругие свойства материала. Они могут быть количественно оценены либо по величине относительного изменения глубины отпечатка (h - h

участка разгружения θ. Прирост глубины отпечатка при выдержке под

нагрузкой характеризует микроползучесть объекта.

Изучение формы диаграммы вдавливания говорит о том, что кривая разгружения имеет обычно два участка (рис. 39): участок 1, начальный, близкий к линейному, характеризующий упругую релаксацию энергии в области, прилежащей к отпечатку; участок 2, который характеризует необратимые деформации (пластические, хрупкие разрушения). Этот участок может быть размытым и нечетким при малой величине упругой энергии, недостаточной для релаксации деформации. Именно в этой области образуются трещины у хрупких материалов.

)/h, либо по углу наклона

ocт

Рис. 39. Диаграммы испытания на микротвердость

(а – по методу кинетической микротвердости; б – при работе на

приборе ИМАШ: 1 – ползучесть, 2 – упругое восстановление)

Критерием оценки деформационной и релаксационной способности исследуемого материала является отношение работы остаточного формоизменения Аоф (которая пропорциональна площади между участками нагружения и разгружения) к полной работе, затраченной на вдавливание А (которая характеризуется общей площадью под кривой нагружения). Полную работу можно представить как сумму работ остаточного формоизменения Аоф и сил последействия А

Тогда вышеназванный критерий выразится в виде

Этот критерий может характеризовать жесткость кристаллической решетки и ее способность к релаксации энергии.

Если, кроме рассмотренной зависимости, регистрировать также изменение глубины отпечатка со временем, то по скорости движения индентора можно судить о скорости пластического течения в образце, которая, в свою очередь, зависит от модуля сдвига и характера атомных связей в кристаллической решетке материала.

Другой метод, дающий возможность при вдавливании индентора получить не только объемную величину твердости, но и механические параметры, которые характеризуют упругопластические свойства материала по его сопротивлению вдавливанию, связан с использованием интерференционного глубиномера ИМАШ. Этот прибор дает возможность по экспериментальным данным вычислить упругое восстановление отпечатка, ползучесть и собственно твердость (по восстановленному и невосстановленному отпечаткам).

На рис.39б приведена схема перемещения индентора на различных этапах эксперимента. Вначале индентор вдавливается в исследуемый образец только под действием предварительной нагрузки P1, в ре отпечаток d1 н терферометра черной полосой и служащей началом отсчета для измерения глубины вдавливания под действием основной нагрузки Р2, к

оторая добавляется к предварительной.

рел

А = Аоф + А

оф

релоф

. (68)

рел

оф

(

69)

зультате чего на поверхности объекта создается

екоторой глубины t1, регистрируемой по шкале ин-

Как только индентор оказывается под действием нагрузки (P1 + Р2), мгновенно измеряется глубина отпечатка hмг, т.е. глубина,

обусловленная действием груза Р2.

После выдержки под нагрузкой (P1 + Р2) определяется глубина внедрения индентора h Величина hмг + h проникновения индентора в материал при невосстановленном отпечатке.

Для определения упругого восстановления материала основную нагрузку Р2 снимают, дают выдержку и затем измеряют величину упругого восстановления отпечатка hув под действующей предварительной нагрузкой P1. Разность (h восстановленной глубины отпечатка, а после снятия предварительной нагрузки P1 н

а образце можно, замерить диагональ восстановленного

отпечатка d либо вычислить по соотношению

Считая, что Р = P1 + P2, вычисляют твердость по стандартной формуле (71).

Все остальные характеристики вычисляют по отношению соответствующих глубин отпечатков к общей глубине погружения индентора при невосстановленном отпечатке h

Таким образом, определение микротвердости дает не только объемную величину твердости, но и позволяет рассчитать некоторые механические характеристики образца, поскольку при вдавливании индентора в материал происходит процесс деформации и совершается работа смещения некоторой его части относительно основной массы частицы. Особенность этих процессов состоит в том, что они локализованы в очень малых объемах и участках поверхности. Но именно это обстоятельство и делает метод микротвердости весьма ценным при исследовании порошков, частицы которых чаще всего составляют доли миллиметра.

В методе математического прогнозирования свойств спеченных материалов по составу шихт и заданным технологическим режимам обработки выходными параметрами служат прочностные характеристики изделий, расчет которых ведется на основе определения твердости и микротвердости отдельных частиц порошка.

, характеризующая ползучесть материала.

полз

= h

характеризует общую глубину

общ

- hув) = hв дает величину

общ

d = 7h

+ d1. (70)

общ

(в %).

общ

Выведены соотношения, позволяющие рассчитать предел прочности

при растяжении σв и поперечное сужение ψ по двум значениям

микротвердости, полученным для разных величин нагрузки P1 и P2. Эти зависимости имеют следующий вид

−

=σ

651

=ψ

−

Микротвердость является весьма ценной физико-механической характеристикой не только в силу того, что дает возможность судить о сложных и неоднородных деформационных процессах в частицах порошка, но также и потому, что содержит чисто практическую, утилитарную информацию об объемной твердости этих частиц.

Обычно для исследования порошков на микротвердость из них приготавливают шлифы со связующими компонентами, для чего смешивают пробу с этими материалами, затем прессуют при удельном давлении ~1-2 т/см2 и в т

ечение 1 ч выдерживают в сушильном шкафу

P,P,

874212 −

PP,

P,P,

87210

(71)

(72)

при 100-140℃ для полимеризации связки.

Пример.

Определить значение микротвердости для частиц порошка никеля, если в результате испытаний на твердость под нагрузкой 20 г был получен отпечаток с диагональю 5 мкм.

Последовательность решения задачи

Значение микротвердости рассчитывается по формуле (66)

2085441

⋅

481

.мкм/г,

100

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1210 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]