Методичка по измерению микротвердости материалов

Лабораторная работа №1

Измерение микротвердости материалов

Цель работы:

Исследование механических свойств материалов методом Виккерса.

Теоретическая часть:

Определение микротвердости является важным методом физико-химического анализа, который позволяет контролировать качество очень мелких деталей, фольги, проволоки, поверхностных слоев, покрытий. Главное назначение - оценка твердости отдельных фаз или структурных составляющих сплавов, а также разницы в твердости отдельных участков этих составляющих.

Испытание на микротвердость проводят вдавливанием в испытуемый образец четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136 °. Микротвердость по Виккерсу (HV) определяется отношением нагрузки Р (кг) к поверхности полученного отпечатка S (мм²):

где Р- нагрузка на пирамиду, кг,

α- угол между противоположными гранями пирамид,

d - среднее арифметическое длины двух диагоналей отпечатка, из­меренных после снятия нагрузки, мм.

В Международной системе единиц HV выражается в паскалях (Па) и имеет размерность Н/м²:

1кг/мм² =10⁷Н/м²=10⁷Па.

При испытании на микротвердость применяют нагрузки от 5 до 200 г.

16

Устройство прибора ПМТ-3:

1 — основание прибора;

2 — предметный столик;

3 — гиря из разновеса;

4 — гайка для перемещения кронштейна с брусом;

5 — кронштейн бруса;

6 — барашек микрометрического движения;

7 — колонка;

8 — барашек грубого движения;

9 — винтовой окулярный микрометр;

10 — рукоятка арретира;

11 — объектив;

12 — оправка с алмазным наконечником;

Рис.1. Прибор ПМТ-3

13 — планка для закрепления исследуемого образца;

14 — рукоятка для поворота столика;

15 — ручной прессик;

16 — измерительный барабан

Подготовка прибора к проведению испытания:

1. Установить образец на предметном столике 2 под объективом 11. Столик должен быть повернут в крайнее правое положение до упора.

2. Навести фокус на поверхность образца вращением винтов 8 и 6 макропередачи и микропередачи.

3. Установить на резкость нити окулярного микрометра вращением главной линзы окуляра 9.

4. Вращением измерительного барабана 16 установить двойной штрих (перекрестие нитей) окулярного микрометра в центр поля зрения на деление 4 шкалы. Полный оборот барабана (100 малых делений на барабане) соответствует перемещению двойного штриха на одно деление шкалы.

5. Выбрать на образце место для нанесения отпечатка и подвести его перемещением столика винтами (у основания предметного столика) под перекрестие нитей.

6. Окончательного навести на фокус поверхность образца вращением винта 6.

7. Выбрать груз и поместить его на шток нагружающего механизма 3.

8. Повернуть рукояткой 4 предметный столик вокруг оси в крайнее левое положение до упора. Поворачивать нужно осторожно без удара об упор, чтобы не сместить образец.

9. Произвести вдавливание алмазной пирамидкой, для чего медленно и равномерно, одним пальцем, поворачивать на себя рукоятку 10 арретира в течение 5-7 с. Время выдержки под нагрузкой должно быть постоянным и равняться 10-20 с.

10. Снять нагрузку, для чего равномерно, одним пальцем, поворачивать рукоятку арретира от себя.

11. Повернуть рукояткой 4 предметный столик вокруг оси в крайнее правое положение до упора. Поворачивать нужно плавно без удара, чтобы не сместить образец.

12. Измерить окулярным микрометром диагональ полученного отпечатка.

Измерение диагоналей отпечатка:

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

Измерение диагоналей отпечатка производят таким способом, при котором направление перемещения перекрестия совпадает с измеряемой диагональю. Для этого окуляр-микрометр закрепляют вдоль измеряемой диагонали (рис.2.)

Измерение диагоналей проводят в следующей последовательности:

1. Перекрестие нитей прибора расположить справа от отпечатка.

2. Вращение барабана 16 окулярного микрометра подвести перекрестие нитей (справа налево) к правому углу отпечатка (положение 2).

3. Произвести отсчет показаний шкалы и лимба барабана окулярного микрометра: наблюдая в окуляр, определить, между какими цифрами шкалы расположился двойной штрих над перекрестием нитей (цифра, расположенная слева от двойного штриха, показывает сотни). К этому числу прибавить показания лимба барабана.

Пример: двойной штрих находится между цифрами 3и 4, что соответствует числу 300, а на лимбе барабана число 56, тогда сумма будет 300+56 =356.

4. Вращением барабана окулярного микрометра перекрестие нитей подвести к левому углу отпечатка.

5. Произвести отчет показаний шкалы и лимба.

6. Определить длину диагонали отпечатка как разность между первым и вторым отсчетами.

7. Определить длину диагонали в микронах, умножив полученную длину диагонали отпечатка в делениях на цену одного деления лимба барабана окулярного микрометра, равную 0,3 мкм.

8. Значение микротвердости рассчитывают по приведенной выше формуле или определяют по специальным таблицам, составленным для определённых нагрузок.

9. Данные проводимых измерений и расчетов заносятся в таблицу.

10. После математической обработки значение микротвердости для каждого образца выражается как:

, где

В работе осуществляется не менее 10 измерений для каждого образца!!!

Таблица для отчета

Объект испытания:

Нагрузка, г:

№, п/п	Первый отчет	Второй отчет	Разность отчетов	Длина диагонали отпечатка, мкм	Микротвердость, кг/мм^2		Абсолютная ошибка, Δ=		HVрас	HVтаб
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Табличное значение HV определяется с использованием специальных таблиц (приложение 1). Таблицы подбираются с учетом приложенной нагрузки.

П р и м е ч а н и я : 1. Таблица взята из книги Хрущова М. М. и Берковича Е.С. Приборы ПМТ-2 и ПМТ-3 для испытания на микротвердость. 2. Таблица составлена для нагрузки 100 г; при других нагрузках число Твердости, полученное по этой таблице, умножают на частное от деления выбранной нагрузки на 100. П р и м е р 1 . Определить Н для нагрузки 200 г при диагонали отпечатка 155 мк. Число твердости для этого отпечатка при нагрузке 100 г равно 7,72. При нагрузке 200 г число твердости будет: