Измерение твердости металлов (стр. 3 из 6)
Среднее значение микротвердости Н вычисляем по формуле (6), среднеквадратичные значения SА – по формуле (7)
(6)где n – число измерений,
Нi – текущее измерение.
Для возможности обработки полученных данных на ЭВМ производили преобразования
(7)число степеней свободы
где
– дисперсия; 
– дисперсия измерений структурной составляющей А; 
– дисперсия измерений структурной составляющей B.Критерий Стьюдента подсчитываем по формуле
(8)По значениям
и 
находят из таблицы 6 значение Р – вероятности из того, что действительные твердости H1 и H2 одинаковы. Величина Р = 0,9 означает, что с вероятностью более 90 % значения микротвердости первого и второго образцов должны совпадать. Малые значения Р указывают на существование достоверной разницы в твердости.Порядок замера микротвердости
Перед измерением микротвердости необходимо:
а) Подготовить поверхность исследованного образца так же, как при микроструктурном анализе (шлифовка – полировка – травление),
б) Определить цену деления окуляр – микрометра (см. работу “Количественный анализ”[2]).
в) Подобрать нагрузку в зависимости от размера к предполагаемой твердости.
г) Закрепить шлиф к неметаллической пластине с помощью ручного пресса и пластилина строго параллельно горизонтальной плоскости предметного столика.
После этого приступают к измерениям.
1. Пластину со шлифом устанавливают на столике.
2. Перемещением столика микровинтами подводят выбранное для укола место под перекрестием окуляра.
3. Устанавливают барабанчик окулярного микрометра 7 в нулевое положение.
4. Поворачивают столик до упора (делать плавно), при этом образец располагается под нагрузкой.
5. Нагружают образец медленным (10–15 с) поворотом рукоятки арретира индентора 4 и делают выдержку 5 с., после чего рукоятку арретира возвращают в исходное положение. Каждый раз, прежде чем вращать столик, необходимо убедиться, что алмазная пирамида поднята. Внимание! Вращая столик при опущенном инденторе (наконечнике), можно сломать алмаз.
6. Сняв нагрузку, столик возвращают вращением в исходное положение, т.е. под микроскоп. Если отпечаток значительно удален от перекрестия (см. рис. 4. (1)), винтами 9 (рис. 3) осторожно смещают изображение отпечатка в перекрестие.
7. Микровинтом 7 перемещают перекрестие из положения 1 в положение 2 (рис. 4) и на лимбе микровинта 7 определяют длину диагонали отпечатка в делениях лимба dдел.
Результаты измерений заносят в таблицу. Величину диагонали отпечатка в микронах определяют по формуле с учетом найденной ранее цены деления
dмкм =
dдел. 
Рис. 4. Приемы последовательного измерения диагонали отпечатков на приборе ПМТ–3 окуляр – микрометром АМ9–2 (АМ9–1)
Рис. 5. График для определения микротвердости без пересчета
Сделав перевод каждого измеренного значения диагонали в твердость, находят среднее значение твердости (отдельно дет каждого измерения). Поскольку зависимость твердости от длины диагонали нелинейная, нельзя вычислять сначала среднюю диагональ, а потом находить по ней твердость. Для ускорения работы рекомендуется построить на миллиметровке, используя формулу (5), график в координатах dдел – твердость и из него находить все значений твердости.
Методика работы
В этой работе студенты знакомятся с техникой определения твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу и микротвердости на приборе ПМТ – З и приобретают навык для того, чтобы при выполнении других работ они могли определять твердость самостоятельно. Кроме, того, студенты знакомятся с устройством прессов Бринелля, Роквелла, Виккерса, прибора ПМТ – 3 и с принципом их работы.
Задание на определение твердости методом Бринелля и Роквелла
Студент изучает индивидуальную задачу (см. приложение 1) и решает ее самостоятельно. Прежде чем начать испытания студент выясняет, какие из образцов надо испытать по Бринеллю и какие по Роквеллу.
1. Измерить твердость на образцах, предварительно измерив штангенциркулем толщину образцов.
2. Пользуясь табл.2, выбрать, диаметр шарика и нагрузку.
3. При испытании по Роквеллу необходимо установить, по какой шкале надо производить измерение твердости (по шкале А, В, С и F), пользуясь при этом табл. 3. Измерить твердость образца по Бринеллю и Роквеллу и сопоставить ее.
4. Твердость по Бринеллю определить по таблице и рассчитать по формуле (2). Сопоставить полученные результаты. Диаметр отпечатка замерить в двух перпендикулярных направлениях и брать среднее значение.
5. Твердость по Роквеллу определить из среднего значения трех измерений.
6. Определить предел прочности и предел выносливости, пользуясь табл.8.
7. Все полученные результаты занести в таблицы.
Задание на определение твердости по Виккерсу
На приборе могут работать одновременно не более 2–3 студентов. Для измерения твердости по Виккерсу образцы шлифуют и полируют. Испытанию на HV подвергаются образцы различных марок углеродистой или легированной стали, проведшие термическую обработку (отжиг, нормализацию, закалку, отпуск).
1. Провести испытания на твердость различных марок углеродистой стали 20, 35, 45, У7, У8, У12 в отожженном состоянии. Сделать вывод о влиянии содержания углерода на твердость стали. Объяснить полученные результаты в связи с изменением структуры.
2. Провести испытания стали 45, У8 в нормализованном, закаленном и отпущенном состояниях. Сделать вывод о влиянии термообработки на свойства стали.
3. Один из отожженных образцов испытать по Бринеллю и Роквеллу, сопоставить, числа твердости, полученные по Виккерсу, по Бринеллю и Роквеллу. Аналогичное задание по пунктам 1, 2, 3 по указанию преподавателя может быть выполнено для легированных марок сталей.
4. При измерении твердости по Виккерсу на каждом образце делается 10–15 отпечатков.
5. Полученные результаты замеров занести в таблицу.
Задание на определение микротвердости
На одном приборе ПМТ – 3 могут работать одновременно не более 2–3 студентов.
1. Измерить микротвердость образцов в соответствии с индивидуальным заданием (см. приложение 2).
2. На шлифе измеряют твердость различных фаз или структурных составляющих. Если это углеродистая сталь (например, ст.45), то определяют твердость феррита и перлита. Студент делает по 15 отпечатков на каждой структурной составляющей.
3. Каждый студент вычисляет среднее значение H, а также все внесенные в табл. 7 величины (отдельно для каждой фазы).
4. Из 30–45 измеренных значений микротвердости перлита и феррита с интервалом в 10 ед. строят гистограмму распределения микротвердости для каждой структурной составляющей.
5. С помощью формул (8), (9), (10) и табл. 6 проверяют, насколько достоверно найденное различие в твердости феррита и перлита, если:
а) использовать по 3 замера, твердости каждой составляющей,
б) использовать 10 замеров,
в) использовать 20, 30, 45 замеров (объединить данные двух – трех студентов).
Полученные результаты изобразить графически.
Форма отчета
Студент представляет письменный отчет о работе, в котором должны быть приведены:
1. Краткое описание определения твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу и микротвердости с изложением теоретических положений и формул.
2. Схема одного из приборов c указанием назначений основных деталей.
3. Письменное обоснование выбора прибора и условий испытаний для решения индивидуальной задачи.
4. Результаты испытаний в виде таблицы и графики с объяснением причин изменения твердости в зависимости от вида термической обработки.
5. Кроме решения индивидуальной задачи каждый студент выполняет дополнительную работу, указанную в заданиях по определению твердости на приборах Бринелля, Роквелла, Виккерса и ПМТ – 3, что должно найти отражение в отчете.
Библиографический список
1. Гвоздев А.Г. Лабораторный практикум по материаловедению. Учебное пособие [Текст] / А.Г. Гвоздев. Липецк: ЛГТУ, 2002.
2. Лившиц Б.Г. Металлография [Текст] / Б.Г. Лившиц. М.: Металлургия, 1971.
3. Захаров A.M. Диаграммы состояния двойных и тройных систем [Текст] / A.M. Захаров. М.: Металлургия, 1978.
4. Кример Б.И. Лабораторный практикум по металлографии и физическим свойствам металлов и сплавов [Текст] / Б.И Кример, Е.В. Панченко, Л.А. Шишко, В.Н. Николаева, Ю.С. Авраамов. М.: Металлургия, 1966.