Краткие сведения из теории. Испытание на микротвердость применяется для определения твердости объектов, которые не могут быть испытаны обычными методами (по Бринелю

Испытание на микротвердость применяется для определения твердости объектов, которые не могут быть испытаны обычными методами (по Бринелю, Роквеллу, Виккерсу): мелких деталей приборов, тонких полуфабрикатов (лент, фольги, проволоки), тонких слоев, получающихся в результате химико-термической обработки (азотирования, цианирования и др.), гальванических покрытий, поверхностных слоев металла изменивших свои свойства в результате снятия стружки, давления, трения и отдельных структурных составляющих сплавов.

Оборудование и материалы

Для испытания на микротвердость применяется прибор ПМТ-3.

Основание 1 (рис. 1) прибора имеет стойку 2, по которой гайкой 3 при ослабленном винте 4 можно перемещать кронштейн 5 с тубусом 6 микроскопа. Кронштейн 5 имеет направляющие, по которым можно перемещать тубус 6. Грубое перемещение тубуса 6 осуществляется вращением винта 7 (макроподача), а малое перемещение – вращением винта 8 (микроподача). Тубус имеет наклонную трубку с окуляром 9 и объектив 10. К тубусу прикреплен механизм нагружения 11 с алмазной пирамидой 12. На основании 1 расположен предметный столик 13, верхнюю часть которого при помощи винтов 14 и 15 можно перемещать в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (координатное перемещение) и рукояткой 16 поворачивать вокруг оси приблизительно на 180° от одного упора до другого (полукруговое перемещение). На столик 13 устанавливается образец 17.

Рис.7 Прибор ПМТ-3

Для нагружения применяются специальные грузы в форме шайб с вырезом весом 2, 5, 10, 20, 50, 100 и 200 г. При испытании один из грузов (шайба 18) устанавливается вырезом на шток нагружающего механизма. Вдавливание алмазной пирамиды 12 в образец 17 под действием груза, находящегося на штоке, осуществляется поворотом рукоятки 19 приблизительно на пол-оборота. Измерение диагонали полученного отпечатка производится окулярным микрометром 20.

Образцы ленты и фольги испытывают без подготовки. При определении твердости отдельных структурных составляющих поверхность образца должна быть подготовлена так же, как для металлографического исследования, т. е. должен быть приготовлен микрошлиф.

Порядок выполнения работы

1. Установить и закрепить (прижимными лапками или пластилином) образец или шлиф 1 (рис. 8, а) на предметном столике 2 под объективом 3. Столик должен быть повернут в крайнее правое положение до упора.

2. Навести на фокус поверхность образца (шлифа) 1 вращением винтов 7 и 8 (рис. 7) макроподачи и микроподачи.

3. Установить на резкость нити окулярного микрометра вращением глазной линзы окуляра 9 (рис. 7).

4. Вращением барабана 21 установить двойной штрих (перекрестие нитей) окулярного микрометра в центре поля зрения на делении 4 шкалы. Полный оборот барабана (100 малых делений на барабане) соответствует перемещению двойного штриха (перекрестия нитей) на одно деление шкалы.

5. Выбрать на образце 1 (рис. 8, а) место для нанесения отпечатка и подвести его, перемещением столика винтами 14 и 15 (рис. 7), под перекрестие нитей.

6. Окончательно навести на фокус поверхность образца 1 (рис. 8, а) вращением винта 8 микроподачи (рис. 7). Выбрать груз 4 (рис. 8, а)и поместить его на шток нагружающего механизма.

7. Повернуть рукояткой 5 предметный столик вокруг оси 00 в крайнее левое положение до упора (рис. 8, б). Поворачивать нужно осторожно без удара об упор, чтобы не сместить образец.

8. Произвести вдавливание алмазной пирамиды 6, для чего медленно и равномерно, одним пальцем, повернуть на себя рукоятку 7 арретира (рис. 8, в).

9. Дать выдержку 5 – 7 сек.

10. Снять нагрузку, для чего равномерно, одним пальцем, повернуть от себя рукоятку 7 арретира (рис. 8, б).

11. Повернуть рукояткой 5 предметный столик вокруг оси 00 в крайнее правое положение до упора (рис. 8, а). Поворачивать нужно осторожно, без удара об упор, чтобы не сместить образец.

12. Измерить окулярным микрометром диагональ полученного отпечатка.

Рис. 8. Схема испытания на микротвердость на приборе ПМТ-3

Определение твердости

Число твердости Н определяется по формуле

,

где Р — нагрузка на пирамиду в г; d — диагональ отпечатка в мк.

Чтобы не прибегать к длительным вычислениям твердости по приведенной выше формуле, практически пользуются специальными таблицами, рассчитанными на нагрузки 20, 50 и 100 г.

Например, если указанная выше длина диагонали отпечатка 39 мкм была получена при нагрузке 100 г, то по таблице 3 для данной диагонали отпечатка получаем число твердости 122 кг/мм².

Для определения твердости при испытании другими нагрузками (2, 5, 10, 200 г) пользуются теми же таблицами, только результат или уменьшают, или увеличивают в 10 раз. Например, если при нагрузке 20 г длина диагонали равна 12 мкм, то твердость по таблице равна 258 кг/мм²; если такая же длина диагонали, равная 12 мкм,получается при нагрузке 200 г, то получаемый по таблице результат уменьшают в 10 раз, т. е. Н = 25,8 кг/мм². Таблица пригодна для определения твердости, полученной при нагрузке 2 г, только результат необходимо увеличивать в 10 раз (таблицей можно пользоваться при испытании нагрузкой 5 и 10 г).

Центрирование прибора

Центрировать прибор необходимо для того, чтобы отпечаток алмазной пирамиды получался при испытании точно в том месте образца, которое выбрано для его нанесения.

Для центрирования прибора необходимо:

1. Двойной штрих (перекрестие нитей) окулярного микрометра установить в центре поля зрения на делении 4 шкалы (рис. 9, а).

2. Выбрать на образце место для нанесения отпечатка и подвести его перемещением столика двумя винтами 14 и 15 (рис. 7) под перекрестие нитей (рис. 9, б).

3. Произвести отпечаток (рис. 9, в). Полученный отпечаток х вследствие того, что прибор не центрирован, допустим, расположился не на выбранном месте, а в стороне от перекрестия нитей.

4. Вращением центрировочных винтов 22 и 23 (рис. 7) совместить центр отпечатка х с перекрестием нитей (рис. 9, г).

5. Перемещением столика двумя винтами вновь установить под перекрестие нитей то место образца, на котором желательно сделать отпечаток (рис. 8, д).

6. Нанести отпечаток (рис. 9, е). Нанесенный отпечаток y расположился на выбранном месте образца и в перекрестии нитей

а – перекрестие нитей окулярного микрометра установлено в центре поля зрения микроскопа на делении 4; 6 – место желательного нанесения отпечатка на предмете подведено путем перемещения столика двумя винтами под перекрестие нитей; в – нанесенный отпечаток х расположился в стороне от перекрестия; г – отпечаток х подведен к перекрестию центрировочными винтами; д – установлено прежнее место для испытания на предмете; е – вновь сделанный отпечаток у расположился в перекрестии нитей и на выбранном месте предмета. Рис. 9. Центрирование прибора ПМТ-3:

Таблица 3

Числа твердости в кг/мм² при испытании алмазной квадратной пирамидой с двугранным углом при вершине 136° для нагрузки Р, равной 20 г

Диаго­наль отпечат-ка d в мк
	— 92,8 41,2   23,2 14.84 10.30   7,56 5,80 4,58   3,70 3,06 2,58   2,20 1,892 1,648   1,448 1,284 1,144   1,028 0,928 0,841   0,766 0,701 0,644   0,594 0,548 0,508   0,473 0,442 0,412	— 84.1 38,6   22,0 14,26 9,96   7,36 5,66 4,48   3,64 3,02 2,54   2,16 1,866 1,626   1,430 1,268 1,132   1,016 0,916 0,832   0,760 0,696 0,638   0,588 0,544 0,506   0,470 0,438 —	— 76,6 36,2   21,0 13,72 9,56   7,16 5,52 4,38   3.56 2,96 2,50   2,12 1,840 1,606   1.414 1,254 1,120   1,006 0,908 0,824   0,752 0,688 0,634   0,584 0,540 0,502   0,466 0,436 —	— 70,1 34,0   20,0 13.20 9,34   6,96 5,38 4,28   3,50 2,90 2,46   2,10 1,814 1,584   1,396 1,240 1,108   0,996 0,900 0,816   0,748 0,684 0,628   0,580 0,536 0,498   0,464 0,432 —	— 189,2 64.4 32,0   19,16 12,72 9,06   6,78 5,26 4,20   3,42 2,86 2,42   2,06 1,788 1,564   1,380 1,226 1,096   0,986 0,892 0,812   0,740 0,676 0,622   0,574 0,532 0,494   0,460 0,430 —	148,4 164,8 59,4 30.2   18,32 12,26 8,78   6,60 5.14 4.10   3,36 2,80 2,38   2,04 1,764 1,544   1,362 1,212 1,084   0,976 0,884 0,804   0,732 0,672 0,618   0,570 0,528 0,490   0,456 0,426 —	103.0 144,8 54.8 28,6   17,52 11,82 8,52   6.42 5,02 4,02   3,30 2,76 2,34   2,00 1,740 l,524   1,346 1,198 1,072   0,966 0,876 0,796   0,728 0,668 0,612   0,566 0,524 0,486   0,454 0,424 —	128,4 50,8 27,0   16.80 11,42 8,26   6,26 4,90 3,94   3,24 2.70 2,30   1,976 1,716 1,504   1,330 1,184 1,060   0,956 0,864 0,788   0,720 0,660 0,608   0,562 0,520 0,484   0,450 0,420 —	114,4 47,3 25,6   16,10 11,02 8,02   6,10 4,80 3,86   3,18 2,66 2,26   1,948 1,694 1,486   1,314 1,170 1,050   0,946 0,856 0,780   0,712 0,656 0,604   0,558 0,516 0,480   0,448 0,418 —	102,8 44,2 24,4   15,44 10,66 7,80   5,94 4,68 3,78   3,12 2,62 2,22   1,920 1,670 1,468   1,298 1,158 1,038   0,936 0,848 0,772   0,708 0,648 0,598   0,552 0,512 0,476   0,444 0,414 —

Таблица 3

Числа твердости в кг/мм² при испытании алмазной квадратной пирамидой с двугранным углом при вершине 136° для нагрузки Р, равной 50 г

Диагональ отпечат-ка d в мкм
	—   58,0 37,1 25,75   18,90 14,50 11,45   9,25 7,65 6,45   5,50 4,73 4,12   3,62 3,21 2,86   2,57 2,32 2,10   1,92 1,75 1,61   1,48 1,37 1,27   1,180 1,105 1,030	— 96,5   35,65 24,9   18,40 14,15 11,20   9,10 7,55 6,35   5,40 4,66 4,07   3,58 3,17 2,83   2,54 2,29 2,08   1,90 1,74 1,60   1,47 1,36 1,26   1,174 1,10 —	— 90,5   52,5 34,3 23,9   17,90 13,80 10,95   8,90 7,40 6,25   5,30 4,60 4,02   3,54 3,14 2,80   2,52 2,27 2,06   1,88 1,72 1,59   1,46 1,35 1,25   1,166 1,090 —	— 85,0   50,0 33,0 23,35   17,40 13,45 10,70   8,75 7,25 6,15   5,25 4,53 3,95   3,49 3,10 2,77   2,49 2,25 2,04   1,87 1,71 1,57   1,45 1,34 1,24   1,16 1,08 —	— 80,0   47,9 31,8 22,65   16,95 13,15 10,50   8,55 7,15 6,05   5,15 4,47 3,94   3,45 3,07 2,74   2,47 2,23 2,03   1,85 1,69 1,55   1,44 1,33 1,23   1,15 1,07 —	75,5   45,8 30,65 21,95   16,50 12,85 10,25   8,4 7,00 5,95   5,10 4,41 3,86   3,41 3,03 2,71   2,44 2,21 2,01   1,83 1,68 1,54   1,43 1,32 1,22   1,140 1,065 —	Г37 71,5   43,8 29,55 21.3   16,05 12,55 10,05   8,25 6,90 5,85   5,00 4,35 3,81   3,37 3,00 2,68   2,41 2,19 1,99   1,82 1,67 1,53   1,42 1,31 1,215   1,13 1,06 —	67,5   42,0 28,55 20,65   15,65 12,25 9,85   8,10 6,75 5,75   4,94 4,29 3,76   3,32 2,96 2,65   2,39 2,16 1,97   1,80 1,65 1,52   1,41 1,30 1,21   1,125 1,050 —	64,0   40,25 27,55 20,05   15,25 12,00 9,65   7,95 6,65 5,65   4,87 4,24 3,72   3,28 2,93 2,63   2,36 2,14 1,95   1,78 1,64 1,51   1,40 1,29 1,20   1,120 1,04 —	U45 110,5 61,0   38,6 26,65 19,5   14,85 11,7 9,45   7,8 6,55 5.55   4,80 4,18 3,67   3,25 2,90 2,60   2,34 2,12 1,93   1,77 1,62 1,50   1,38 1,28 1,19   1,11 1,035 —

Таблица 3

Числа твердости в кг/мм.² при испытании алмазной квадратной пирамидой с двугранным углом при вершине 136° для нагрузки Р, равной 100 г

Диагональ отпечатка d в мкм		I
	—   74,2 51,5   37,8 29,0 22,9   18,5 15.3 12,9   11,0 9,46 8,24   7,24 6,42 5,72   5,14 4,64 4,20   3,83 3,50 3,22   2,97 2,74 2,54   2,36 2,21 2,06	—   71,3 49,8   36,8 28,3 22,4   18,2 15,1 12,7   10,8 9,33 8,13   7,15 6,34 5,66   5,08 4,58 4,16   3,80 3,48 3,19   2,94 2,72 2,53   2,35 2,19 —	—   68,6 47,8   35,8 27,6 21,9   17,8 14,7 12,5   10,6 9,20 8,03   7,07 6,27 5,60   5,03 4,54 4,12   3,76 3,44 3,17   2,92 2,70 2,51   2,33 2,18 —	—   66,0 46,7   34,8 26,9 21,4   17,5 14,5 12,3   10,5 9,07 7,92   6,98 6,20 5,54   4,98 4,50 4,08   3,74 3,42 3,14   2,90 2,68 2,49   2,32 2,16 —	—   95,8 63,6 45,3   33,9 26,3 21,0   17,1 14,3 12,1   10,3 8,94 7,82   6,90 6,13 5,48   4,93 4,46 4,06   3,70 3,38 3,11   2,87 2,66 2,47   2,30 2,15 —	91,6 61,3 43,9   33,0 25,7 20,5   16,8 14,0 11,9   10,2 8,82 7,72   6,81 6,06 5,42   4,88 4,42 4,02   3,66 3,36 3,09   2,85 2,64 2,45   2,28 2,13 —	87,6 59,1 42,6   32,1 25,1 20,1   16,5 13,8 11,7   10,0 8,70 7,62   6,73 5,99 5,36   4,83 4,38 3,98   3,64 3,34 3,06   2,83 2,62 2,43   2,27 2,12 —	84,0 57,1 41,3   31,3 24,5 19,7   16,2 13,5 11,5   9,88 8,58 7,52   6,65 5,92 5,30   4,78 4,32 3,94   3,60 3,30 3,04   2,81 2,60 2,42   2,25 2,10 —	80,5 55,1 40,1   30,5 24,0 19,3   15,9 13,3 11,3   9,74 8,47 7,43   6,57 5,85 5,25   4,73 4,28 3,90   3,56 3,28 3,02   2,79 2,58 2,40   2,24 2,09 —	77,2 53,3 39,0   29,7 23,4 18,9   15,6 13,1 11,1   9,60 8,35 7,34   6,49 5,79 5,19   4,68 4,24 3,86   3,54 3,24 2,99   2,76 2,56 2,38   2,22 2,07 —

Содержание отчета

Цель работы; схема измерения микротвердости на приборе ПМТ-3; определение значения микротвердости расчетным путем и сравнение полученной величины с табличным значением; область применения; индентор для измерения микротвердости.

Контрольные вопросы по методам определения твердости

1. Что называется твердостью металла?

2. Сущность метода определения твердости по Роквеллу.

3. В каких случаях в качестве индентора применяется стальной шарик или алмазный конус?

4. Привести формулы, по которым определяется твердость по шкалам А, С и В.

5. Обозначение числа твердости по Роквеллу при измерении по шкалам А, В, С.

6. Величина предварительной Р₀ и общей нагрузки Р при определении твердости по Роквеллу по разным шкалам.

7. Угол при вершине алмазного конуса и диаметр шарика, применяемые на приборе Роквелла.

8. Какая связь между твердостью и другими механическими свойствами?

9. Назначение пресса и лупы Бринелля.

10. Какова предельная твердость испытуемого металла при определении твердости по Бринеллю и почему данным методом нельзя испытывать металлы, имеющие твердость больше предельной?

11. Что характеризует твердость металла и какова ее размерность при испытании по Бринеллю?

12. Форма наконечника при определении твердости по Бринеллю.

13. Формула для определения твердости по Бринеллю.

14. Диаметры шариков, мм, применяемых при испытании по Бринеллю.

15. Нагрузка, применяемая при испытании по Бринеллю.

16. Выдержка шарика под нагрузкой при определении НВ черных и цветных металлов.

17. Соотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика D при испытании по Бринеллю черных и цветных металлов.

18. Методика определения твердости по Польди.

19. Формула для определения твердости методом Польди.

20. Устройство и работа прибора Польди.

21. Достоинства, недостатки и область применения метода Польди.

Лабораторная работа №2

ДИАГРАММА Fe–C (Fe–Fe₃C) И МИКРОСТРУКТУРА