Влияние некоторых факторов на результаты определения микротвердости

Воспроизводимость значений микротвердости, характеризующих свойства исследуемых материалов, зависит от ряда факторов.

На величине микротвердости заметно сказывается состояние поверхности испытуемого образца. Поверхностные слои металла и сплава заметно упрочняются при механической подготовке микрошлифа.

Глубина проникновения индентора, связанная с величиной действующей нагрузки, также заметно влияет на результаты микротвердости. При небольшой глубине проникновения индентора микротвердость оказывается заниженной. По мере углубления индентора (при увеличении нагрузки) микротвердость возрастает, достигает максимального значения и затем снова несколько снижается.

Низкие значения микротвердости поверхностных слоев металла объясняются особым состоянием этих слоев и частично их разрыхлением (разрыхление поверхностных слоев может наблюдаться при кристаллизации, поверхностном окислении, деформировании и рекристаллизации).

Для получения сравнимых результатов испытания микротвердости необходимо придерживаться единой методики подготовки микрошлифов и применять оптимальную нагрузку, заранее выбранную для данного состояния исследуемых образцов.

Состояние поверхности образца более значительно сказывается на величине микротвердости при малых нагрузках. При нагрузках 50‑100 гмикротвердость меньше зависит от способа изготовления образца.

Необходимо в каждом отдельном случае выбирать нагрузку при испытании микротвердости: с предварительным построением кривой нагрузка ‑ микротвердость, чтобы выявить условия воспроизводимости результатов; не допускать заметного разогрева образцов при изготовлении микрошлифов, а также глубокого травления, так как это приводит к сильному разрыхлению поверхностных слоев испытуемых металлов, и производить испытания на свежеприготовленных образцах.

Микротвердость возрастает при шлифовке и полировке. В табл. 8.2 приведены результаты примерной глубины упрочнения различных металлов и сплавов в зависимости от способа обработки поверхности.

Электрополирование и механическое полирование приводит к удалению деформированного слоя и снижению микротвердости тем в большей степени, чем больше снятый слой.

Значительное влияние на величину микротвердости оказывают размер зерна и местоположение отпечатка в пределах зерна (центр, полурадиус, у границы), толщина и некоторые другие факторы.

Следует отметить, что при установлении микротвердости тонких структурных составляющих небольшого размера в значительной степени уменьшается точность определения.

Таблица 8.2 - Глубина упрочнения различных металлов и сплавов в зависимости от способа обработки поверхности

Метод обработки поверхности	Глубина упрочненного слоя, мкм
медь	алюминий	латунь	закаленная инструментальная сталь
Шлифовка:
грубая
чистовая		12,5	12,5	2,5
металлографическая с помощью наждачной бумаги				1,2
Полировка восковым шлифовальным кругом		2,5	2,5	нет

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с методами определения микротвердости по Виккерсу и Кнупу.

2. Изучить устройство и работу на приборе ПМТ-3М для измерения микротвердости.

3. Ознакомиться с различиями в работе на современных приборах для измерения микротвердости и на ПМТ-3М.

4. Рассмотреть влияние структурных и механических факторов на результаты измерений.

5. Выяснить, как тарируется прибор. Понять, какие погрешности могут возникать при определении микротвердости, как они могут быть устранены или сведены к минимуму.

6. Выяснить необходимость и области применения различных эталонов.

7. Произвести пробное нагружение и измерение отпечатка на одном из образцов.

8. Измерить микротвердость предложенных образцов из различных материалов:

а) Образец ферритно-перлитной стали с крупными структурными составляющими;

б) Образец термообработанной антикоррозионной наплавки (Рис.8.10) с участками обезуглероживания внутри образца или стали с упрочненными слоями (Рис.8.11).

9. Произвести нужные расчеты, изобразить график зависимости микротвердости от толщины обезуглероженного слоя.

10. Составить отчет по работе.

Содержание отчета

При составлении отчета необходимо четко указать задачи метода определения микротвердости, привести рисунок устройства и описать принцип действия прибора для измерения микротвердости.

Кроме того, необходимо детально изучить методику измерения микротвердости на микрошлифе, записать изображение микрошлифа с отпечатками, распечатать записанное изображение, привести таблицу замеров с указанием нагрузки. Описать полученные результаты определения микротвердости.

Контрольные вопросы

1. Что такое микротвердость? Каковы области применения таких испытаний?

2. Как устроен микротвердомер ПМТ-3М и как проводят на нем измерения?

3. Можно ли сравнить микротвердость с макротвердостью (HB, HV, HRС)?

4. Каковы инденторы, нагрузки, пределы измерения при определении чисел

микротвердости?

5. Каковы правила подготовки образцов к замеру микротвердости?

6. Какие факторы влияют на результаты определения микротвердости?

7. В чем заключаются особенности измерения микротвердости тонких слоев и

покрытий?

8. Какие погрешности могут возникать при определении микротвердости и как они

могут быть устранены или сведены к минимуму?

9. Как возникает деформированный поверхностный слой на поверхности микрошлифа?

Можно ли и нужно ли его устранять?

10. Как образуется деформированный слой вокруг отпечатка микротвердости? Как

устранить влияние этого слоя на результаты измерения?

11. В чем различие в результатах измерении микротвердости по Виккерсу и Кнупу?

12. Зачем измеряют микротвердость различных фаз и структурных составляющих?

13. В чем заключаются основные преимущества измерений микротвердости на

современных приборах?

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 8.3 - Микротвердость некоторых фаз и структурных составляющих сплавов Fe ‑ C

Наименование фазы или структурной составляющей	Марка стали	Микротвердость
МПа/м2	кг/мм2
Феррит		1 226
		2 354‑2 698	240‑275
		2 698‑3 089	275‑315
		2 501
Сорбит	20ХН	2 698‑3 197	275‑325
(феррит с зернистыми	ШХ15	2 108‑2 795	215‑285
карбидами)	Х12	2 893‑3 334	295‑340
	Х12М	2 698‑3 040	275‑310
	ЭИ229	2 942‑3 060	300‑312
Пластинчатый перлит		2 698‑3 138	275‑320
		3 197‑3 383	325‑345
	У7	2 698‑3 236	275‑330
	Чугун	2 942‑3 579	300‑365
Карбидная фаза	Чугун	10 738‑11 278	1 095‑1 150
	Х12М	11 336‑12 258	1 156‑1 250
	Х12	11 336‑13 435	1 156‑1 370
	РК18	12 759	1 300
Аустенит	Типа 18-8	1 716
	Х12М	5 099
	Чугун	4 168‑4 854	425‑495
Ледебуритная эвтектика	Х12	7 355‑8 336	750‑850
	Чугун	9 807‑11 032	1 000‑1 125
Троостит	‑	5 590
Бейнит	‑	4 707
Стедит	‑	2 942‑7 600	300‑775
Графит	‑	20‑107	2‑11

 

Таблица 8.4 - Микротвердость мартенсита

Сплав	Максимальная микротвердость мартенсита	Mикротвердость мартенсита (закалка с температуры Ac1 )	Микротвердость мартенсита (закалка с температуры оплавления)
	МПа/мм2	кг/мм2	МПа/мм2	кг/мм2	МПа/мм2	кг/мм2
	10 297,0	1 050	7 109, 8		4 167,8
	9 169,2		7 109.8		5 982,0
У7	9 904,7	1 010	6 962,7		8 924,0
20ХН	6 227,2		5 050,4		4 413,0
ШХ15	10 198,9	1 040	5 785,9		7 845,3
Х12М	8 727,9		3 922,7		5 001,4
ЭИ229	8 070,5‑9 463,4	825‑965	4 363,9		3 432,3
Чугун	10 444,0	1 065	6 619,5‑7 845,3	675‑800	6 276,2

 

Таблица 8.5 - Микротвердость некоторых карбидов, боридов, силицидов.

Фаза	Состав	Нагрузка, г	Микротвердость
МПа/мм2	кг/мм2
Карбид бора	ВС		36 285	3 700
Карбид ванадия	VC		23 536‑27 490	2 400‑2 800
		20 437‑24 615	2 084‑2 510
Карбид гафния	‑		28 567	2 913
Карбид кремния	SiC		17 652‑34 323	1 800‑3 500
Карбид молибдена	Мо2С	‑	14 416‑19 613	1 470‑2 000
Мо3С		14 710	1 500
Карбид ниобия	NbС		20 153‑23 536	2 055‑2 400
Карбид тантала	ТаС		15 171‑17 652	1 547‑1 800
Карбид титана	TiС		27 949‑33 245	2 850‑3 390
Карбид хрома	Сr3С2		9 807‑13 729	1 000‑1 400
	12 749	1 300
Карбид циркония	ZrC		27 812‑34 127	2 836‑3 480
	25 497	2 600
Карбид вольфрама	WC		15 544‑16 956	1 585‑1 730
	23 536	2 400
W2C		29 420‑33 343	3 000‑3 400
Карбид молибдена ‑ вольфрама	‑		20 202‑20 918	2 060‑2 133
Карбид тантала – вольфрама	‑		18 005‑18 103	1 836‑1 846
Карбид титана ‑ вольфрама	‑	‑	12 209‑28 493	1 245‑2 900
Карбид хрома ‑ вольфрама	‑	‑	14 710‑23 536	1 500‑2 400
Карбид вольфрама ‑ циркония	‑		26 478‑26 802	2 700‑2 733
Карбид железа ‑ ванадия	‑		17 770	1 812
Борид молибдена	МоВ2		13 533	1 380
Мо2В		16 279	1 660
МоВ		15 396	1 570
Борид титана	TiB2		33 343	3 400
Борид хрома	СrВ2		17 652	1 800
Борид циркония	ZnB2		21 575	2 200
Силицид вольфрама	WSi2		10 689‑16 004	1 090‑1 632
WSi0.7		7 551
Силицид молибдена	MoSi2		12 651‑13 827	1 290‑1 410
MoSi0,65		11 474	1 170
Mo3Si		8 728‑12 847	890‑1 310
Силицид ниобия	NbSi2		10 297	1 050
Силицид тантала	TaSi2		15 298	1 560
Силицид титана	Ti5Si3		9 669
Силицид хрома	CrSi2		11 278	1 150

 

Список использованной литературы

1. Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные

работы и задачи. М. Металлургия. 1989. 456с.

2. К.Г. Шмитт-Томас. Материаловедение для машиностроения. Справочник. М.

Металлургия. 1995. 512с.

3. В.С. Золотаревский. Механические свойства металлов. М. МИСИС. 1998. 400с.

4. Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей.

Справочник под. ред. В.Д. Кальнера. М. Машиностроение. 1984. 384с.

5. А.И. Самохоцкий, М.Н. Кунявский. Лабораторные работы по металловедению и

термической обработке металлов. М. Машиностроение. 1981. 174с.

6. А.Г. Колмаков и др. Методы измерения твердости. М. Интермет Инжиниринг. 2000.

128с.

7. РД ЭО 0027-2005. Инструкция по определению механических свойств металла

оборудования атомных станций безобразцовыми методами по характеристикам

твердости. М. Росэнергоатом. 2005. 52с.

8. ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу.

Часть 1. Метод измерения. М. Стандартинформ. 2008. 19с.

9. ГОСТ Р ИСО 6507-2-2009. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу.

Часть 2. Поверка и калибровка твердомеров. М. Стандартинформ. 2010. 24с.

 

Лабораторная работа №9