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 89 / 129 10 11 12 > Следующая >>>

25mV

Определение насыпной плотности. Насыпная плотность – это масса единицы объема свободно насыпанного порошка. Она определяется плотностью материала порошка, размером и формой его частиц, плотностью их укладки и состоянием поверхности. Более высокую насыпную плотность обеспечивают сферические частицы. Для полидисперсных порошков существует оптимальный грансостав, обеспечивающий максимальную насыпную плотность, когда мелкие частицы заполняют пустоты между крупными и их суммарный объем соответствует объему пустот.

Международный стандарт ИСО 3923 устанавливает два способа определения насыпной плотности. Сущность метода в обоих случаях состоит в измерении массы определенного количества порошка, заполняющего целиком в свободно насыпанном состоянии емкость известного объема. ИСО 3923/1 описывает метод определения насыпной плотности с помощью воронки, ИСО 3923/2 – метод определения с помощью волюмометра Скотта.

Насыпную плотность согласно ИСО 3923 вычисляют по уравнению

нас

==ρ ,

(61)

где ρ

– насыпная плотность, полученная методом воронки;

нас

m – масса порошка, г; V – объем емкости, см3 (25 cм3).

Пример.

Определите насыпную плотность порошкового материала в соответствии со стандартом ИСО 3923-1 (метод воронки), если масса порошка составила 100 г.

Последовательность решения задачи

Насыпную плотность вычисляют по уравнению (61)

нас

100

===ρ

.см/г

Методы контроля поверхности материалов. Основным методом определения удельной поверхности в стереометрической металлографии является способ случайных секущих в комбинации с точечным либо с линейным методами. Для проведения измерений

xzL

частицы порошков заключаются в твердеющую пластмассу и из полученного образца изготовляют микрошлиф. Сечения частиц, попавшие в плоскость шлифа, наблюдают под оптическим микроскопом через окуляр с квадратной сеткой. Окулярная сетка налагается на частицы, образуя систему горизонтальных и вертикальных линий, служащих случайными секущими (рис.34а). Они пересекают контуры частиц – светлые точки, а часть узловых точек сетки попадает на площади сечения микрочастиц – черные кружки. Измеряя число тех и других, рассчитывают удельную поверхность частиц по формуле

= ,

(62)

где X – об

щее число узловых точек квадратной сетки окуляра; L –

суммарная длина линий окулярной сетки, приведенная к площади шлифа; z – число точек пересечения секущих линий сетки с поверхностями частиц; х – число узловых точек сетки, попавших на площадь сечений частиц в одном поле зрения; 2X/L – постоянный коэффициент. Он вычисляется перед проведением серийных измерений, для чего размер ячейки окулярной сетки оценивается с помощью объект-микрометра.

Рис. 34. Система случайных секущих. Схема измерений частиц по

точечному (а) и линейному (б) методам

В другом стереометрическом способе через сечения частиц в поле зрения микроскопа проводят ряд секущих прямых, могущих не

быть параллельными или равно отстоящими друг от друга.

На практике это осуществляется с помощью окуляра с линейной шкалой. Прямые пересекают частицы хордами различной длины (см. рис.34б), и измерения позволяют вычислить удельную поверхность из уравнения

Sv = 4/h, (63)

где h – средняя длина хорд.

Полученные стереометрические значения удельной поверхности приведенные к объему порошка Sv, могут быть переведены в величины поверхности частиц, отнесенные к единице массы порошка

Sw, с помощью формулы

Sw = Sv/1000ρ, (64)

где ρ – плотность металла.

Методы случайных секущих в сочетании с точечным и линейным приложимы не только к порошкам с частицами оптического диапазона размеров – >0,5 мкм, но и к высокодисперсным порошкам с субмикронными частицами, исследование которых проводится с помощью электронного микроскопа.

Как уже отмечалось, метод определения удельной поверхности посредством измерений частиц под микроскопом требует проведения нескольких сотен, а иногда и тысяч замеров.

Пример 1.

Рассчитать удельную поверхность образцов (

=6,78 г/см3), если

по данным микроскопии с использованием окуляра с квадратной сеткой имеются следующие параметры: X=316, L=50 мкм, z=46, x=24.

Последовательность решения задачи

Сначала рассчитывают по формуле

⋅

31622

мкмxzL

102424

⋅==⋅

161

−−

.ммкм

Затем по формуле

1000

ρ⋅

⋅

Пример 2.

Используя окуляр микроскопа с линейной шкалой при анализе

частиц материала (ρ=4,22 г/см3), определили среднюю длину

пересекающих их хорд h=0,4 мкм. Найдите величину удельной поверхности.

Последовательность решения задачи

Сначала рассчитывают по формуле

мкм,h

Затем по формуле

1000

ρ⋅

⋅

−

1024

⋅

67801000

1010

⋅

42201000

м/кг

101010

⋅====

−

м/кг

543

372

.г/м,

161

−−

.ммкм

.г/м,

4. ИСПЫТАНИЯ НА ТВЕРДОСТЬ

Твердость – анизотропная характеристика кристалла, не поддающаяся математическому описанию. Твердость определяется как сопротивление материала резанию, царапанию или вдавливанию. За численную характеристику твердости принимают отношение нагрузки к величине отпечатка индентора (вдавливаемого тела) или же к ширине или длине царапины на грани кристалла. Индентором служит игла, шарик, пирамидка или конус из твердого материала. Стандартный прибор для испытания на микротвердость имеет индентор – алмазную четырехгранную пирамидку, вдавливаемую в испытуемую грань под действием контролируемой нагрузки 1,9·10-2 – 1,9 Н. С помощью микроскопа измеряются диагонали отпечатка на грани кристалла и микротвердость подсчитывается как частное от деления приложенной нагрузки на площадь полученного отпечатка. По размеру и форме отпечатка можно также определять анизотропию микротвердости (рис.35), степень хрупкости и пластичности.

Рис. 35. Микрофотографии отпечатков алмазной пирамиды с квадратным основанием на грани: а – базиса (0001), б – призмы

{1120} гексагонального кристалла CdS.

В литературе встречаются испытания по Виккерсу (алмазный конус), по Бринеллю (шарик из стали или карбида вольфрама), по Роквеллу (алмазный шарик или стальной конус), по Кнупу (алмазная четырехгранная пирамидка, отличающаяся по форме от алмазного конуса), по Шору (стальной стержень), по Моосу (10 стандартных минералов).

Пределы измерения твёрдости по Роквеллу: шкала A (HRA) 70-

диниц (твёрдые сплавы, изделия с высокой поверхностной

85 е твёрдостью); шкала C (HRC) 20-67 единиц (окончательно термообработанная сталь). Методом Бринелля испытывают материалы

с твёрдостью, не превышающей 450 HB. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных, цементированных и карбонитрированных поверхностей, а также тонких листовых материалов.

В табл. 13 приведены приближенные соотношения между числами твердости HRC, HRA, HB и HV.

Таблица 13

Соотношения между числами твёрдости HRC, HRA, HB и HV

РОКВЕЛЛ БРИНЕЛЛЬ, HB

HRC HRA при нагрузке

300 кгс (3000 Н)

72 89,0 782 1220 70 86,5 - 1076 69 86,0 744 1004 68 85,5 - 942 67 85,0 713 894 66 84,5 - 854 65 84,0 683 820 65 83,5 - 789 63 83,0 652 763 62 82,5 - 739 61 81,5 627 715 60 81,0 - 695 59 80,5 600 675 58 80,0 - 655 57 79,5 578 636 56 79,0 - 617 55 78,5 555 598 54 78,0 - 580 53 77,5 532 562 52 77,0 512 545 51 76,5 495 528 50 76,0 - 513 49 75,5 477 498 48 74,5 460 485 47 74,0 448 471 46 73,5 437 458 45 73,0 426 446 44 72,5 415 435 42 71,5 393 413 40 70,5 372 393

ВИККЕРС

Окончание табл. 13

38 352 373 36 332 353 34 313 334 32 297 317 30 283 301 28 270 285 26 260 271 24 250 257 22 240 246 20 230 236

По результатам испытания на твердость путем расчетов можно установить связь с данными других испытаний, связанных с разрушением материала. По значениям твёрдости можно, например, оценить временное сопротивление (предел прочности при растяжении), условный предел текучести, модуль упругости и др. Экспериментальная зависимость между HB и временным сопротивлением для конструкционных углеродистых и низколегированных сталей имеет почти прямолинейный характер, т.е. можно считать, что предел прочности при растяжении приближённо равен 0,345 HB (для стали с HB больше или равной 150). При твёрдости HB < 150, предел прочности при растяжении приближённо равен 0,345 HB.

Методы определения твердости спеченных металлических материалов. Величина твердости, полученная при исследовании

спеченных металлических материалов по методам Бринелля, Роквелла и Виккерса, называется кажущейся твердостью. Поскольку спеченный материал можно считать композиционным, состоящим из плотного вещества и пор, его твердость обычно бывает ниже твердости плотных материалов того же состава и состояния. Но это не значит, что функциональные характеристики (например, сопротивление износу) непременно хуже характеристик беспористых материалов эквивалентной плотности.

Методы определения твердости спеченных металлических материалов, за исключением твердых сплавов, устанавливает международный стандарт ИСО 4498. Эти методы применимы к спеченным металлическим материалам, не подвергнутым термообработке, и к материалам после термообработки с равномерной

твердостью на глубине, по меньшей мере, 5 мм от поверхности.

Для испытания используют то же оборудование, что и для измерения твердости стали. Оборудование должно отвечать требованиям международных стандартов ИСО 79 «Определение твердости по Бринеллю для стали», ИСО 80 «Определение твердости по Роквеллу (шкалы В и С) для стали» и ИСО 81 «Определение твердости по Виккерсу для стали».

Поскольку на кажущуюся твердость спеченного материала оказывает влияние плотность, которая может изменяться по всей детали, положение мест вдавливания индентора для определения твердости должно быть согласовано между заинтересованными сторонами.

Поверхность спеченного металлического материала должна быть чистой, гладкой и плоской для получения точно определенного значения твердости методом вдавливания. Это особенно важно при определении твердости по Виккерсу и Бринеллю. Обычно поверхность очищают подходящим растворителем. Если этого недостаточно, поверхность можно слегка отполировать с помощью металлографической бумаги или алмазной пасты 6 мкм.

Испытания проводят так же, как при исследовании стали, с учетом перечисленных ниже дополнений.

Класс твердости, к которому принадлежит образец, определяют с помощью испытания на твердость по Виккерсу при нагрузке 49,03

5). Затем выбирают условия для испытания по соответственно

(HV

определенному классу (см. табл. 14). Условия для испытания твердости по Роквеллу приведены в табл. 15.

Таблица 14

Классы твердости

Класс твердости (HV 5) Условия испытания

Свыше 15 до 60 HV 5 НВ 2,5; 625/30 HRH Свыше 60 до 105 HV 10 НВ 2,5/31; 25/15 HRF Свыше 105 до 180 HV 30 НВ 2,5/62; 5/10 HRB Свыше 180 до 330 HV 50 НВ 2,5/187; 5/10 HRA Свыше 330 HV 100 НВ 2,5/187; 5/10 HRC

Твердость по

Предварительная

Метод определения твердости по Виккерсу является контрольным, его применяют в спорных случаях.

Если после начального HV 5 испытания возникают сомнения относительно класса твердости, выбирают низкий класс. Если характеристика материала охватывает более одного класса твердости, испытания проводят в условиях, соответствующих низшему пределу твердости материала.

Для некоторых образцов употребляют нагрузки ниже, чем указано в табл. 15, это, в частности, относится к:

1) тонким образцам;

2) образцам для испытания малого сечения;

3) тем случаям, для которых область испытания очень мала;

4) тем случаям, когда испытываемый образец или его крепление

могут быть деформированы.

Таблица 15

Условия испытаний при определении твердости по Роквеллу

Роквеллу

Тип индентора

нагрузка, Н

Общая

нагрузка, Н

HRA Алмазный конус (120°) 98,07 558,4 HRB Шарик диаметром

То же 980,7

1,5876 мм

(1/16 дюйма)

HRC Алмазный конус (120°) » 1471,0 HRF Шарик диаметром

» 588,4

1,5875 мм

(1/16 дюйма)

HRH Шарик диаметром

» 588,4

3,175 мм

(1/8 дюйма)

В перечисленных случаях условия испытаний следует согласовывать между заинтересованными сторонами. Разброс результатов в таких случаях может быть больше, чем при нормальных

условиях испытания, и полученная величина будет менее показательна для состояния материала из-за малого инденторного воздействия.

Если при определенной твердости по Виккерсу отпечаток не имеет четко определенных размеров, то результат не учитывают. При определении делают пять приемлемых отпечатков и вычисляют соответствующие им значения твердости. Наименьшую величину твердости отбрасывают.

Записывают среднее арифметическое значение результатов четырех оставшихся определений, округленное с точностью до единицы.

Значения твердости не следует преобразовывать из одной шкалы в другую.

Вторая часть международного стандарта ИСО 4498 устанавливает способы испытания твердости спеченных металлических материалов, подвергнутых обработке, в результате которой их твердость по всему сечению на 5 мм в глубину от поверхности неодинакова. Это относится к материалам, прочность которых обеспечивается насыщением поверхности углеродом или азотом, или азотом и углеродом, например, путем цементации, цианирования, нитроцементации или сульфоцианирования.

Испытания по методу Роквелла выполняют под нагрузкой 147,1 Н

15 N). Если кажущаяся твердость поверхности высокая, то можно

(HR

применять нагрузку 294,2 Н (HR 30 N).

Испытания по методу Виккерса проводят под нагрузкой 49,03 Н (HV 5); если эффективная глубина цементации незначительна, то можно применять нагрузку 9,807 Н (HV 1).

Твердость определяют одним из двух вышеприведенных методов в заданной зоне детали. Для определения необходимо получить пять качественных отпечатков и вычислить соответствующие им значения твердости. При испытаниях по методу Виккерса исключают отпечаток с нечеткими углами; минимальное значение твердости не учитывают.

Как правило, фиксируют округленное до ближайшего целого числа среднеарифметическое значение четырех полученных результатов. Значения твердости не пересчитывают с одной шкалы на

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 129 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]