Исследование структуры сплавов методом измерения микротвердости

Цель работы: изучение конструкции прибора ПМТ-3М. Определение микротвердости сплавов различного типа.

Приборы, металлы и сплавы: металлографический микроскоп GX-71, программа для обработки — Simagis, Прибор ПМТ-3, Шлифы образцов со сплавами, прессик, нагрузки.

1. Теоретическая часть

Принцип действия микротвердомера основан на вдавливании алмазного наконечника (пирамиды) в исследуемый материал под определенной нагрузкой и измерении линейной величины диагонали или стороны полученного отпечатка.

При исследовании объектов в светлом поле луч от источника света 1 через конденсор 2, светофильтр 3, коллекторную линзу 4 и ирисовую диафрагму 6 попадает на отражательную пластину 7.

Далее луч проходит в объектив 10, попадает на исследуемый предмет 12 и, пройдя отражательную пластинку 7, попадает на ахроматическую линзу 13 и призму 14, образует изображение предмета в фокальной плоскости фотоэлектрического окулярного микрометра 75. Освещенность предмета при наблюдении в светлом поле регулируется изменением диаметра диафрагмы 6. Призма 14 отклоняет луч на 45°, что создает удобства при работе на приборе.

Mеталлографический микроскоп GX-71.

Прибор оснащен цифровой камерой DP70 и предназначен для получения в отражённом свете: светлопольных и темнопольных изображений; изображений дифференциального интерференционного контраста (DIC); изображений в поляризованном свете. -предельное увеличение микроскопа: Ч2000 (сменные объективы Ч5, Ч10, Ч20, Ч50, Ч100).

Прессик для параллельной установки шлифа на подложку.

Нагрузки до 200 г.

Существует много методов определения твердости. Твердость, определяемая в микроскопически малых объемах материала (глубина отпечатков порядка нескольких микрометров), называется микротвердостью и обозначается обычно Н.

Метод микротвердости имеет существенные преимущества по сравнению с обычными методами испытания на твердость. Использование малых нагрузок на индентор, вдавливаемый в образец, позволяет провести исследование механических свойств хрупких материалов, разрушающихся при действии больших нагрузок. Методом микротвердости находят твердость микрообъемов покрытия. Основное назначение метода — исследование твердости отдельных частиц, структурных составляющих, а также анизотропии твердости в различных участках покрытия.

Различают два метода испытаний: по восстановленному отпечатку (основной метод) и по невосстановленному отпечатку (дополнительный метод). Результат испытания по первому методу характеризует сопротивление материала пластической и упругой деформации при вдавливании алмазного наконечника статической нагрузкой в течение определенного времени. После снятия нагрузки и удаления наконечника измеряют параметры оставшегося отпечатка, по которым, пользуясь формулами и таблицами, определяют величину микротвердости. Рекомендуется использовать наконечники четырех форм: четырехгранной пирамиды с квадратным основанием трехгранной пирамиды с основанием в виде равностороннего треугольника, четырехгранной пирамиды с ромбическим основанием, бицилиндрический наконечник. Наибольшее распространение получили испытания с применением наконечника в форме четырехгранной пирамиды с квадратным основанием. Угол заострения алмазного четырехгранного наконечника составляет 2,38 рад (136°).

Образцами для измерений микротвердости служат металлографические шлифы. Микротвердость покрытия можно определять на продольных и поперечных шлифах. При использовании поперечных шлифов с покрытиями следует соблюдать следующие условия: расстояние от центра отпечатка до краев покрытия должно быть не менее двойного размера отпечатка; расстояние между центрами отпечатков, нанесенных на поверхность покрытия должно превышать размер отпечатка более чем в три раза.

В исследовательской практике для определения микротвердости покрытий чаще всего используется серийно выпускаемый прибор марки ПМТ-3М. К недостаткам метода замера микротвердости следует отнести высокий уровень погрешностей, особенно возрастающих при испытании покрытий с применением малых нагрузок. Поэтому желательно, чтобы диагональ отпечатка не была менее 8—10 мкм. Величина погрешности зависит от идентичности нагружения, выбора оптимальной нагрузки, качества настройки систем прибора и других причин. Особенно большие погрешности вносят внешние вибрации, поэтому прибор необходимо устанавливать на массивном основании.

Схема нанесения отпечатка при вдавливании наконечника Измерения микротвердости на поперечных шлифах от изделий с покрытием дают дифференцированную информацию о свойствах поверхностных слоев и, кроме того, весьма полезны как сведения о толщине самого покрытия, оцениваемой по резкому спаду микротвердости на границе «покрытие — основа» .

• 2. Экспериментальная часть
• 1. Закрепить образец шлифа при помощи прессика испытуемый образец пластилином на пластинке так, чтобы его исследуемая поверхность расположилась параллельно рабочей плоскости столика, на которой устанавливается пластинка с испытуемым предметом.
• 2. Поместить на утолщенную часть штока груз.
• 3. При положении столика, выбрать место на предмете для нанесения отпечатка. Расстояние от центра отпечатка до края предмета должно быть не менее двойного размера отпечатка. Расстояние между центрами соседних отпечатков должно превышать размер отпечатка более, чем в 3 раза, минимальная толщина предмета или слоя должна превышать глубину отпечатка не менее, чем в 10 раз. При исследовании отдельных структурных составляющих металлических сплавов действуют те же правила. Границей предмета служит граница исследуемого зерна или граница покрытия.
• 4. Плавно повернуть предметный столик против часовой стрелки до упора, не допуская толчков при подведении к упору. Закрепить столик в этом положении винтом. микротвердость металлографический прибор
• 5. Медленным поворотом рукоятки против часовой стрелки опустить шток так, чтобы алмаз коснулся поверхности исследуемого объекта. Рукоятку поворачивать приблизительно на 180° в течение 10 — 15 с. После выдержки в течение 10 с под нагрузкой повернуть рукоятку в исходное положение.
• 6. Отжать винт и повернуть предметный столик в прежнее положение до упора. Чтобы избежать удара об упор и смещения предмета с установленного положения, столик нужно поворачивать очень осторожно.

• 7. Измерить контрольный параметр отпечатка с помощью фотоэлектрического окулярного микрометра Винтами 4 подвести отпечаток к перекрестию, при этом обе стороны перекрестия должны прилегать к двум сторонам отпечатка. После того как отпечаток совмещен с перекрестием, нужно произвести отсчет по измерительному барабану окуляр-микрометра.
• 8. Затем вращать измерительный барабан до тех пор, пока перекрестие окуляра не совместится с противоположными двумя сторонами отпечатка и снова произвести отсчет по окуляр-микрометру. Разница отсчетов, умноженная на цену деления измерительного барабана, даст истинную величину диагонали отпечатка.

Значение микротвердости вычисляют по формуле (в единицах твердости):

Нм = 0,189P/d2106, 1 деление =0,31мкм.

Молибден.

Твёрдый сплав.

Никель.

Образцы после термоциклирования.

Вывод: Изучили конструкцию прибора ПМТ-3М.Определили микротвёрдость сплавов, научились измерять параметры отпечатка.