14664

СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ

Лабораторная работа

Физика

СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ Руководство к лабораторным работам и КНИР для студентов специальностей 110500 Металловедение и термическая обработка металлов; 070900 Физика металлов; 071000 Материаловедение и технология новых материалов направления 551600 ...

Русский

2013-06-09

247.75 KB

17 чел.

СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ

Руководство к лабораторным работам и КНИР для

студентов специальностей 110500  Металловедение

и термическая обработка металлов; 070900  Физика

металлов; 071000  Материаловедение и  технология

новых материалов, направления 551600  

Материаловедение и  технология

новых материалов

Составитель И.К. Денисова

Научный редактор проф., д-р техн. наук А.А. Попов

СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ: Методическая разработка к лабораторным, практическим и курсовым работам / И.К. Денисова. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ  УПИ, 2003, 10 с.

Предназначена для студентов, проходящих лабораторный практикум, при выполнении студенческих научно-исследовательских работ, связанных с термической обработкой стали..

 

Библиогр.: 2 назв. 4 табл. 2 Рис.

Подготовлено кафедрой «Термообработки и физики металлов».

                                                                   

                                                 © ГОУ  ВПО «Уральский государственный

                                                   технический университет – УПИ», 2003

   


ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА

Определение  микротвердости  имеет  широкое  распространение  и  в

заводских лабораториях, и в практике научных исследований.  Это объясняется отсутствием  повреждаемости  поверхности  и  локальностью измеряемого отпечатка.  Последнее  позволяет  производить очень важные  для  металловеда  измерения  твердости структурных составляющих, оценивать твердость в объеме зерна и в  приграничных зонах, идентифицировать фазы с одинаковой травимостью. Широкое распространение  имеют  измерения микротвердости при исследовании различных тонких поверхностных слоев,  получаемых в результате диффузионного поверхностного насыщения при химико-термической обработке.  Кроме того,  по  измерениям  микротвердости оценивается  поверхностная  прочность  сплавов  при  таких  воздействиях, как изнашивание,  окисление, эррозия различных типов, кавитация, коррозия и т. п.

Микротвердость может быть измерена  не  только  на  металлических материалах.  Действующий  в  настоящее время ГОСТ 9450-76 (или ГОСТ СтСЭВ 1195-78) устанавливает метод  измерения  микротвердости на металлах,  сплавах, минералах, стеклах, пластмассах, полупроводниках, керамике.  Измерения производятся на  изделиях, образцах, тонких листах,  фольге,  пленках путем вдавливания алмазных наконечников и последующего измерения размеров  отпечатка (метод восстановленного  отпечатка) или одновременного измерения глубины отпечатка (метод невосстановленного отпечатка).

Наконечником может быть:

  1.  четырехгранная пирамида с квадратным основанием;
  2.  трехгранная пирамида с основанием в виде равноосного треугольника
  3.  четырехгранная пирамида с ромбическим основанием;
  4.  бицилиндрический алмаз.

Микротвердость обозначается соответственно:

 HV, , , НǾ  или  НVh, , , HǾh.

Во всех  случаях число микротвердости есть частное производное от деления приложенной к  алмазному  наконечнику  нормальной нагрузки в  Ньютонах  (0,1  кгс) на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка в мм2.

В записях значений микротвердости допускается указывать значения нагрузки.

Например:

HV0,490 = 2200  микротвердость определена при испытании четырехгранной пирамидой при нагрузке 0,490 Н по методу восстановленного отпечатка

ОПИСАНИЕ ПРИБОРА ПМТ-3

   

Общий вид прибора приведен на рис. 1. Прибор имеет массивное основание (1), на котором установлена стойка (4) и предметный столик (18). Вращением гайки (5) по ленточной резьбе  стойки можно поднимать и опускать кронштейн (6) с микроскопом (13) с окулярным микрометром  (12)  и  измерительным барабаном (15), объективом (16), осветителем и механизмом нагружения (9, 10, 11).

Для предварительной  настройки  микроскопа  на  фокус служит винт (8), а для точной установки  микровинт (7).

Предметному столику (18) можно сообщить два независимых перемещения:

  1.  координатное,  осуществляемое  вращением микровинтов (2) и (3) с ценой деления 0,01 мм  для выбора места нанесения отпечатка на поверхность образца (17),  подставленную под  объектив микроскопа;
  2.  полукруговое   при попеременном подводе выбранного места  поверхности то к вершине алмазного наконечника, то под микроскоп.

Механизм нагружения прибора имеет стержень с алмазным  наконечником (11).  На стержень накладываются гири в виде шайб с радиальным вырезом.

При повороте столика из положения, когда поверхность образца находится под алмазным наконечником,  в направлении  по  часовой стрелке наблюдаемая точка объекта испытания перемещается в центр поля зрения микроскопа. Отсюда следует, что вдавливание индентора можно проводить точно в выбранном месте.

   

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

   

Исследуемый объект  помещают  под объектив микроскопа.  Сфокусировав микроскоп на резкость изображения и осмотрев  участок, предназначенный для  испытания,  выбирают  место для определения микротвердости. Затем осторожным поворотом столика до упора  без толчка подводят это место под индентор.  Поворотом рычага плавно опускают нагрузку на образец в течение 10-15 секунд. После вдавливания индентора  снимают  нагрузку поворотом рычага в обратную сторону, поворачивают столик в обратном направлении,  фокусируют изображение, если  это  необходимо,  и  измеряют  диагонали окуляр-микрометром.

Если прибор не расцентрирован,  то  центр отпечатка должен совпадать с центром перекрестья окуляр-микрометра, установленного в нулевом положении.

                                     

   

   

1  массивное основание    10  гирька

2  микрометрический винт    11  индентор

3  микрометрический винт    12  окуляр-микрометр

4  жесткая колонка     13  измерительный

5  гайка       14  винты

6  кронштейн      15  измерительный барабан

7  ручка механизма микроподачи   16  объектив

8  ручка механизма макроподачи   17  исследуемый объект

9  нагружающее устройство    18  предметный столик

рис. 1. Общий вид прибора ПМТ-3

       а       б

   

Рис. 2. Положения отпечатков при измерении

   

Нулевое положение окуляр-микрометра соответствует совпадению перекрестья (рис. 2, а) с делением 4 неподвижной  сетки.  Барабанчик винтового окуляр-микрометра при этом установлен на "0".

Если наблюдается несовпадение отпечатка  с  центром  перекрестья, то прибор надо доцентрировать следующим образом: центрировочными винтами (14) центр отпечатка подвести к центру  перекрестья, затем  выбрать новое место и сделать отпечаток.  Доцентровка прибора необходима,  т. к. несовпадение будет накапливаться в последующих измерениях.

Для измерения диагонали отпечатка он подводится винтами (2, 3) к перекрестию  так,  чтобы  две  стороны перекрестья прилегали к двум сторонам отпечатка (рис. 2,  а).  На измерительном барабане произвести отсчет делений и занести его в таблицу.

Прежде чем определить число микротвердости по таблице ГОСТа, необходимо выразить  длину  диагонали отпечатка в микронах.  Для этого число делений умножается на  цену  деления  измерительного барабана в микронах.

Цена деления измерительного барабана определена и,  если измерения производятся при увеличении х487 (объектив F = 6,16, А = 0,65 и 15-кратный окуляр),  она составляет 0,306 мкм. Длина диагонали отпечатка в микронах также заносится в таблицу.

Перевод размера диагонали отпечатка в единицы микротвердости производится по  таблицам  "Числа  микротвердости  при испытании вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды" при соответствующей нагрузке (табл. 1-4).

Числа микротвердости разрешается округлять до  целых  единиц при трехзначных и более значениях (в мН/м2) и до одного десятичного при двузначных.

Стр. 12 ГОСТ 9450-78        Таблица 1

Числа микротвердости при испытании вдавливанием четырехгранной

пирамиды при нагрузке 0, 196 Н (20 гс)

Диагональ

отпечатка d, мкм

Числа микротвердости

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

10

20

30

40

50

60

371

92,7

41,2

23,2

14,8

10,3

306

84,1

38,6

22,1

14,3

10,0

258

76,6

36,2

21,0

13,7

9,6

219

70,1

34,0

20,1

13,2

9,3

2318

189

64,4

32,1

19,2

12,7

9,1

1483

163

59,3

30,3

18,3

12,3

8,8

1080

145

54,9

28,6

17,5

11,8

8,5

757

124

50,9

27,1

16,8

11,4

8,3

579

114

47,3

25,7

16,1

11,0

8,0

458

103

44,1

24,4

15,4

10,7

7,8

Таблица 2

Числа микротвердости при испытании вдавливанием четырехгранной

пирамиды при нагрузке 0,490 Н (50 гс)

Диагональ

отпечатка d, мкм

Числа микротвердости

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

10

20

30

40

50

60

927

232

103

57,9

37,1

25,8

766

210

96,5

55,1

35,6

24,9

644

192

90,5

52,6

34,3

24,1

549

175

85,5

50,1

33,0

23,4

473

161

80,2

47,9

31,8

22,6

3708

412

148

75,7

45,8

30,6

21,9

1575

362

137

75,5

43,8

29,6

21,3

1892

321

127

67,7

42,0

28,5

20,7

1448

286

118

64,2

40,2

27,6

20,1

1144

257

110

60,9

38,6

26,6

19,5

Таблица 3

Числа микротвердости при испытании вдавливанием четырехгранной

пирамиды при нагрузке 0,981 Н (100 гс)

Диагональ

отпечатка d, мкм

Числа микротвердости

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

1854

464

206

116

74,2

51,5

37,8

29,0

22,9

18,5

15,3

12,9

11,0

 

1532

420

193

110

71,3

49,8

36,8

28,3

22,4

18,2

15,1

12,7

10,8

1288

383

181

105,1

68,6

48,2

35,8

27,6

21,9

17,8

14,8

12,5

10,6

1097

354

170

100,3

66,0

46,7

34,8

26,9

21,4

17,5

14,5

12,3

10,5

946

322

160

95,8

63,6

45,3

33,9

26,3

21,0

17,1

14,3

12,1

10,3

824

297

151

91,6

61,3

43,9

33,0

25,7

20,5

16,8

14,0

11,9

10,2

5149

724

274

143

87,6

59,1

42,6

32,1

25,1

20,1

16,5

13,8

11,7

10,0

3784

642

254

135

83,9

57,1

41,3

31,3

24,5

19,7

16,2

13,8

11,5

9,9

2897

572

236

128

80,5

55,1

40,1

30,5

24,0

19,3

15,9

13,3

11,3

9,7

2289

514

221

122

77,2

53,3

39,0

29,7

23,4

18,9

15,6

13,1

11,1

9,6

Таблица 4

Числа микротвердости при испытании вдавливанием четырехгранной

пирамиды при нагрузке 1,962 Н (200 гс)

Диагональ

отпечатка d, мкм

Числа микротвердости

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

30

40

50

60

70

80

90

3708

927

412

232

148

103

75,7

57,9

45,8

3065

841

386

221

143

99,7

73,6

56,5

44,8

2576

766

362

210

137

96,5

71,5

55,1

43,8

2194

701

341

201

132

93,4

69,6

53,8

42,9

1892

644

321

192

127

90,5

67,7

52,6

42,0

1648

593

303

183

123

88,8

65,9

51,3

41,1

1448

549

286

175

118

85,1

64,2

50,1

40,2

1283

509

271

168

114

82,6

62,5

49,0

39,4

1144

473

257

161

110

80,2

60,9

47,9

38,6

1027

441

244

154

107

77,9

59,4

46,8

37,8

ВЫБОР НАГРУЗКИ

При выборе нагрузки руководствуются размерами объектива и условиями получения необходимой точности.  При очень малых отпечатках точность испытаний снижается.  Не следует определять микротвердость по отпечаткам,  длина диагонали которых 4-5 микрон. Опытным путем установлены следующие рекомендации: для материалов с HV > 4900 (> 500) мН/м2 (кг/мм2) нагрузка при испытании составляет не менее 0,196 Н (20 гс),  для мягких материалов с HV = 980-4900 (100-500) мН/м2 (кг/мм2)  не менее 0,05Н (5 гс);  для очень мягких с HV < 980 (100) мН/м2 (кг/мм2)  не менее 0,02 Н (2 гс).

Для повышения точности измерения  целесообразно  увеличивать нагрузку на  индентор,  если  это  позволяют размеры измеряемого объекта без нарушения следующих требований:

  1.  минимальная толщина объекта должна превышать глубину отпечатка не менее чем в 10 раз;
  2.  расстояние  от цента отпечатка до края образца должно быть  не менее двойного размера отпечатка;
  3.  расстояние между центрами отпечатков должно превышать размер отпечатка более чем в три раза.

                                 

   

ЗАДАНИЕ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

   

  1.  Задание по  лабораторной работе на отдельных картах получить у преподавателя.  
  2.  После выполнения измерений составить отчет  по форме, указанной в карте.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

З А Д А Н И Е

по лабораторной работе

"Измерение микротвердости на ПМТ-3"

   

1. Построить графическую зависимость микротвердости от расстояния от поверхности детали из конструкционной стали ___________________

после химико-термической обработки _________________________________

Измерения производить через 0,1 мм до постоянной  твердости.

Результаты представить в виде таблицы:

Таблица 1

Измерение микротвердости от поверхности к сердцевине

из стали ______________ после _____________________________

Расстояние от

поверхности

Диагональ отпечатка, дел

Диагональ отпечатка, мкм

Микротвердость

2. Измерить микротвердость отдельных структурных составляющих в конструкционных сталях. На каждой структурной составляющей произвести не менее трех измерений. Результаты представить в виде таблицы:

                                                    Таблица 2

   

Микротвердость структурных составляющих

Структурная составляющая

Диагональ отпечатка,

дел

Диагональ отпечатка,

средн. знач., дел

Диагональ отпечатка, средн. значение, мкм

Микро-твердость

1 изм

2 изм

3 изм

3. Отчет составляется по схеме:

   а. Принцип измерения

   б. Обозначения микротвердости. Виды и выбор нагрузки.

   в. Требования к качеству поверхности.

   г. Результаты измерения (таблицы, графики).

   д. Выводы

  1.  - по результатам измерения
  2.  - по применимости метода.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6137. Конические зубчатые передачи 45 KB
  Конические зубчатые передачи Конические зубчатые передачи применяют при пересекающихся или скрещивающихся осях. Межосевой угол может изменяться в широком диапазоне значений, но наибольшее распространение имеют ортогональные конические перед...
6138. Порядок совершения таможенных операций при перемещения товары через таможенную границу 63 KB
  При ввозе товаров на таможенную территорию товаров предусмотрено последовательное совершение таможенных операций, которые связано с прибытием товаров на ТТ ТС и перемещения товаров в соответствии с ТП ТТ до ТО, в котором будет совершаться декларирование в соответствии с избранной ТП.
6139. Виды и структура планов воспитательной работы 44 KB
  Виды и структура планов воспитательной работы Структура плана воспитательной работы класса включает в себя следующие разделы: Психолого–педагогическая характеристика класса, анализ состояния здоровья детей (составляется на конец предыдущего уч...
6140. Щастя. Як ми його розуміємо 43.5 KB
  Практична: Поглибити знання учнів про диспут та його проведення, розширити розуміння поняття щастя, виховувати людяність, працьовитість, любов до людей, чесність...
6141. Место уголовно-исполнительного права в системе российского права и его взаимосвязь с другими отраслями права 45.83 KB
  Место уголовно-исполнительного права в системе российского права и его взаимосвязь с другими отраслями права Введение Уголовно-исполнительное право представляет собой самостоятельную отрасль права, которая характеризуется собственными предметом, мет...
6142. Валы и оси. Общие сведения 51.5 KB
  Валы и оси. Общие сведения Вал - деталь машин, предназначенная для передачи крутящего момента вдоль своей осевой линии. В большинстве случаев валы поддерживают вращающиеся вместе с ними детали (зубчатые колеса, шкивы, звездочки и др.). Некоторы...
6143. Этапы стратегического планирования. Миссия и цели организации 26.58 KB
  Этапы стратегического планирования. Миссия и цели организации. Важным этапом при планировании является выбор целей. Цели организации - результаты, которых стремится достичь организация, и на достижение которых направлена ее деятельность. Выдел...
6144. Рекомендації до проведення виховних заходів молодими вчителями і стажистами 46.26 KB
  Рекомендації до проведення виховних заходів молодими вчителями і стажистами Система роботи з молодими вчителями На першому етапі адаптації відбувається ознайомлення моло­дого вчителя з вимогами до професії, його включення в самостійну професійну дія...
6145. Розрахунок надійності системи з незалежними елементами, що працюють до першої відмови 47.66 KB
  Вивчити методи розрахунку функції надійності системи з урахуванням різноманітних зв'язків її елементів. Одержати навички декомпозиції довільних структур аналізованих систем і алгоритмізації завдань розрахунку їхньої надійності...