Лабораторная работа № 4 определение микротвердости металлов

Цель работы: ознакомление с методикой определения микротвердости на приборе ПМТ-3. Определение механических свойств стали по ее микротвердости.

Необходимое оборудование, приспособления, инструмент, материалы:микротвердомер ПМТ-3, образцы сплавов металлов в отожженном и закаленном состояниях.

Краткие теоретические сведения

Микротвердость (H_m) является одной из определяющих физико-механических характеристик. Определение микротвердости применяется для изделий мелких размеров и отдельных структурных составляющих сплавов с целью выявления отдельных составляющих микроструктуры, а также для исследования структур, полученных после термической (закалка) и химико-термической обработок. В испытуемую поверхность вдавливают алмазную пирамиду под нагрузкой 0,02…2 Н. Микротвердость H_mопределяется по той же формуле, что и твердость по Виккерсу. Образцы для измерений подготавливаются так же, как микрошлифы. Определение микротвердости производят на приборе ПМТ – 3.

Описание прибора ПМТ-3.

Прибор имеет массивный штатив, который обеспечивает большую устойчивость. Имеется приспособление для исследования в темном поле.

Прибор ПМТ-3 (рис. 1) состоит из основания 1, выполненное в виде коробки с ребрами жесткости, к которому прикреплена цилиндрическая колонка 2 с ленточной резьбой. На колонку надет кронштейн 3, который закреплен на ней разрезной втулкой с зажимным винтом 5 и может перемещаться с помощью кольцевой гайки 4. Кронштейн несет тубус 6, в нижней части которого укреплен кронштейн индентора 7.

Сверху тубуса устанавливается наклонная окулярная трубка 8 и винтовой окулярный микрометр 9 или прямая трубка для фотографирования. В кронштейне 3 размещены механизмы грубой и тонкой подач тубуса. Рукоятка тонкой подачи имеет деления, каждый из которых соответствует 0,002 мм подъема или опускания тубуса.

Предметный столик может перемещаться во взаимно перпендикулярных направлениях, что достигается с помощью микрометрических винтов. Точность перемещения 0,01 мм достигается в пределах 10 мм. Для поворота предметного столика на 180º от упора до упора (из начального положения, когда визируется место испытания, во второе положение для производства испытания) служит специальная рукоятка.

Рис. 1. Прибор ПМТ-3 (разрез вертикальный)

Конструкция столика и механизма перемещения позволяют обеспечить совмещение места, выбранного для испытания, с местом фактического отпечатка с точностью до 0,003 мм.

Индентор состоит из штока, укрепленного на двух пружинах. На нижний конец штока надевается оправка с алмазным наконечником. Шток опускается и поднимается вращением рукоятки ( приблизительно на 180 º ).

Упругость пружин регулируют таким образом, чтобы без нагрузки, под влиянием собственного веса деталей индентора, не получалось заметного отпечатка при максимальном увеличении. В процессе работы регулировка пружин может оказаться нарушенной из-за упругой их деформации.

Положение можно исправить, приподняв корпус индентора вращением гайки. Для этого необходимо освободить винт, стягивающий лапки наружной втулки. Для предохранения штока индентора от разворотов в конструкции предусмотрена колонка, входящая во втулку.

Винтовой окулярный микрометр 9 состоит из компен-сационного окуляра, снабженного отсчетным приспособлением, состоящим из винта, гайки, отсчетного барабанчика и каретки с подвижной сеткой. На подвижной сетке нанесены перекрестие и две риски ( би - штрих ) (рис. 2). Перекрестие служит для наводки на отпечаток, а риски – для отсчетов. На неподвижной сетке через каждый миллиметр нанесены штрихи. Цена деления отсчетного барабанчика окулярного микрометра (Z) составляет 0,000315 мм и определяется посредством объект-микрометра с ценой деления 0,01 мм по формуле

= ,

где – число делений объект-микрометра;

- цена деления объект-микрометра;

- число делений окулярного микрометра.

Осветитель, укрепленный на нижней части тубуса микроскопа, работает от лампочки напряжением 8 В (20 Вт), питающийся через трансформатор от электросети.

Проведение испытаний.

Производят настройку прибора в следующей последовательности.

1. Исследуемый образец закрепляют на пластинке со штифтами пластилином; строгое расположение образца по отношению к плоскости предметного столика достигается вдавливанием образца в пластилин ручным прессом.

2. Проверяют исправность работы нагружающего механизма. Для этого шток индентора вхолостую несколько раз перемещают при небольшом нагружении (5…10 г). при этом шток должен перемещаться без заеданий, плавно.

3. Проверяют совмещение отпечатка с точкой пересечения перекрестия. Для этого делают пробный отпечаток в любом месте образца при небольшом нагружении. Если совмещения не будет то центровочными винтами отпечаток подводят к точке пересечения перекрестия и после этого делают еще один пробный отпечаток.

4. Проверяют чувствительность работы индентора (наконечника). Сначала производят отпечаток без нагружения, а затем при нагружении 0,5 г. В первом случае отпечатка не видно даже при максимальном увеличении. Во втором случае алмаз оставляет небольшой отпечаток, видимый при том же увеличении.

5. Проверяют правильность показаний прибора. Для этого делают несколько отпечатков на эталонном материале.

После проведения проверочных операций приступают к натуральным испытаниям в следующей последовательности.

1. Ставят на утолщенную часть штока индентора выбранный груз.

2. Выбирают место для испытания.

3. Плавно поворачивают предметный столик на 180^○ (от одного упора к другому) для производства отпечатка. Испытуемое место должно оказаться точно под алмазом.

4. Медленным поворотом рукоятки арретира индентора (от упора до упора) отпускают шток с алмазным наконечником до соприкосновения с образцом. Этот поворот следует производить в течение 10…15 с. После выдержки в течение 5 с рукоятку арретира возвращают в исходное положение.

5. Предметный столик возвращают в исходное положение соответствующей рукояткой так, чтобы в момент вращения предметного столика алмаз был в поднятом состоянии. Несоблюдение этого условия может привести к поломке алмаза. Если прибор был предварительно хорошо отцентрован, то полученный отпечаток совместиться с точкой пересечения перекрестия.

6. Для измерения диагонали отпечатка вращают микрометрические винты предметного столика, подводя отпечаток к перекрестию окуляра так, чтобы две стороны отпечатка совместились с двумя сторонами перекрестия (положение 1 рис. 2).

Если вращением винтов нельзя получить точного совмещения, то вращают окуляр на окулярной трубке. Для этого освобождают стопорный винт окуляра и вращают его до более точного совмещения сторон отпечатка с линиями перекрестия. После этого стопорный винт зажимают. Отмечают показания измерительного барабанчика окулярного микрометра. Затем вращением измерительного барабанчика перемещают отпечаток так, чтобы две другие его стороны были совмещены с линиями перекрестия (положение 2 рис. 2). Отмечают второе показание измерительного барабанчика. Разность двух показаний, умноженная на значение цены деления, дает истинную величину диагонали отпечатка.

Рис. 2. Шкала и перекрестие окулярного микрометра прибора ПМТ-3

Правила техники безопасности

Все студенты, приступая к лабораторным работам, должны ознакомиться с правилами работы в лаборатории кафедры и расписаться в журнале по технике безопасности.

Работы проводятся только с разрешения преподавателя.

Все электроприборы должны быть заземлены.

Студенты обязаны осторожно обращаться с приборами и оборудованием.

По окончании работы приборы должны быть отключены от сети.

Порядок выполнения работы

1. Изучить работу микротвердомера ПМТ-3. Произвести замеры микротвердости образцов.

2. Произвести соответствующие расчеты и заполнить таблицу 1. Определить марку стали или чугуна.

Микротвердость () определяется по формуле

, ( 1 )

где – нагрузка, кг;

- длина диагонали, мм.

Повторяемость испытаний троекратная. Погрешность измерений микротвердости определяется по ГОСТ Р 8.563-96 и РМГ 29 - 99 по показателю среднего арифметического откло-нения и средней квадратичной погрешности измерений по формулам:

( 2 )

= , ( 3 )

где Н_μi– значение i–го измерения микротвердости;

H_{μ ср} – среднее значение измерений микротвердости;

- количество измерений.

Таблица 1

Результаты испытаний

Образец	Материал	Состояние	HRС ср	Микро-твердость, Hm	НВ, МПа	σв, МПа
1
2
3
4
5

Полученное значение микротвердости H_μ сравнивают с табличным значением таблицы 2. По принятому табличному значению микротвердости определяют марку испытуемого материала.

Сравнительные данные микротвердости различных металлов и сплавов представлены в табл. 3-9.

Таблица 2

Числа твердости Н_μ при испытании квадратной алмазной пирамидкой с углом при вершине 136^°, нагрузка 100 г

Диагональ отпечатка, мкм	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	кг/мм^2
0	-	-	-	-	-	742	515	378	290	229
0	185	153	129	110	946	824	724	642	572	514
20	464	420	383	350	322	297	274	254	236	221
30	206	193	181	170	160	151	143	135	128	122
40	116	110	105	100	95,8	91,6	87,6	84,0	80,5	77,2
50	74,2	71,3	68,6	66,0	63,6	61,3	59,1	57,1	55/1	53,3
60	51,5	49,8	47,8	46,7	45,3	43,9	42,6	41,3	40,1	39,0
70	37,8	36,8	35,8	34,8	33,9	33,0	32,1	31,3	30,5	29,7
80	29,0	28,3	27,6	26,9	26,3	25,7	25,1	24,5	24,0	23,4
90	22,9	22,4	21,9	21,4	21,0	20,5	20,1	19,7	19,3	18,9
100	18,5	18,2	17,8	17,5	17,1	16,8	16,5	16,2	15,9	15,6
110	15,3	15,1	14,8	14,5	14,3	14,0	13,8	13,5	13,3	13,1
120	12,9	12,7	12,5	12,3	12,1	11,9	11,7	11,5	11,3	11,1
130	11,0	10,8	10,6	10,5	10,3	10,2	10,0	9,88	9,74	9,60
140	9,46	9,38	9,20	9,07	8,94	8,82	8,70	8,58	8,47	8,35
150	8,24	8,13	8,03	7,92	7,82	7,72	7,62	7,52	7,43	7,34
160	7,24	7,15	7,07	6,98	6,90	6,81	6,73	6,65	6,57	6,49
170	6,42	6,34	6,27	6,20	6,13	6,05	5,99	5,92	5,85	5,79
180	5,72	5,66	5,60	5,54	5,48	5,42	5,36	5,30	5,25	5,19
190	5,14	5,08	5,03	4,98	4,93	4,88	4,83	4,78	4,73	4,68
200	4,64	4,58	4,54	4,50	4,46	4,42	4,38	4,32	4,28	4,24
210	4,20	4,16	4,12	4,08	4,06	4,02	3,98	3,94	3,90	3,86
220	3,83	3,80	3,76	3,74	3,70	3,66	3,64	3,60	3,56	3,54
230	3,50	3,48	3,44	3,42	3,38	3,36	3,34	3,30	3,28	3,24
240	3,22	3,19	3,17	3,14	3,11	3,09	3,06	3,04	3,02	2,99
250	2,97	2,94	2,92	2,90	2,87	2,85	2,83	2,81	2,79	2,75
260	2,74	2,74	2,70	2,68	2,66	2,64	2,62	2,60	2,58	2,56
270	2,54	2,54	2,52	2,50	2,47	2,45	2,43	2,42	2,40	2,38
280	2,36	2,36	2,33	2,32	2,30	2,28	2,27	2,25	2,24	2,22
290	2,21	2,19	2,18	2,16	2,15	2,13	2,12	2,10	2,09	2,07
300	2,06	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Таблица 3