Лабораторная работа 2 ТОЭ. В. И. Ульянова (Ленина) методы определения механических свойств материалов учебнометодическое пособие
 Скачать 7.97 Mb.
|
1 2 1.2. Устройство и принцип работы испытательной установки Функциональная схема прибора типа «Звук» изображена на рис. 1.6. Генератор непрерывных электрических колебаний с плавно изменяющейся частотой возбуждает пьезопластину излучающего преобразователя, которая совершает продольные (по толщине) колебания с заданной генератором частотой. Преобразователь связан с образцом, имеющим форму тонкого стержня, через специальную насадку и, в свою очередь, возбуждает продольные колебания в образце. С пьезопластины приемного преобразователя, аналогичного  излучающему, электрический сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний образца, через усилитель подается на стрелочный индикатор. Плавно изменяя частоту генератора, фиксируют первый, самый низкочастотный резонанс образца по максимальному показанию индикатора. Модуль Юнга определяется по (1.9). Если плотность материала считается известной, то относительная погрешность определяется следующим выражением:  , (1.12)где  – абсолютные погрешности.1.3. Проведение эксперимента 1. Изучить описание работы. 2. Ознакомиться с конструкцией прибора и образцами. 3. С разрешения преподавателя тумблером «Сеть» включить прибор и дать ему прогреться в течение трех минут. 4. Измерить длину и диаметр образцов; результаты занести в таблицу. 5. Приняв  = 2500 м/с, вычислить по (1.8) при n = 1 значение, f1 = f1*, которое будет служить ориентировочной нижней границей частотного диапазона, содержащего искомую первую резонансную частоту.6. Установить образец между насадками преобразователей (рис. 1.6). 7. Вращая ручку «Частота», установить на шкале частот значение f1*. 8. Плавно увеличивая частоту, добиться максимального отклонения стрелки индикатора; снять показание со шкалы частот и занести его в таблицу. Измерение произвести три раза. Результаты измерений частоты, длины и диаметра образцов
9. Установить новый образец между насадками преобразователей и повторить пп. 7 и 8. 10. Вынуть образец и выключить прибор. 1.4. Обработка результатов эксперимента 1. По измеренной резонансной частоте и длине образцов, используя (1.9), вычислить модуль Юнга исследуемых материалов. Принять следующие значения плотности материалов: сталь – 7800 кг/м3, латунь – 8900 кг/м3, дюралюминий – 2700 кг/м3, керамика – 5400 кг/м3. 2. По (1.12) вычислить относительную погрешность измерения моду-лей Юнга. Погрешность Δl определяется точностью измерительного инструмента, погрешность Δf вычисляется по трем измеренным и среднему значениям f1. 3. Сравнить полученные значения модулей Юнга со справочными данными. 1.5. Требования к содержанию отчета В отчете необходимо привести: 1) функциональную схему измерительного прибора с описанием назначения отдельных элементов; 2) расчетные формулы; 3) результаты измерений (таблица); 4) результаты расчетов, сведенные в таблицу; 5) выводы, содержащие анализ факторов, влияющих на точность определения модулей упругости. 1.6. Контрольные вопросы 1. На чем основан резонансный метод определения модулей упругости? 2. Каковы конструктивные особенности прибора «Звук»? 3. Какие факторы влияют на точность определения модулей упругости резонансным методом? Как повысить точность? 4. Каковы преимущества динамических методов определения модулей упругости по сравнению со статическими? Лабораторная работа № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЕЙ УПРУГОСТИ МАТЕРИАЛА ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫМ МЕТОДОМ Цель работы: ознакомление с методикой измерений и приобретение практических навыков определения модулей упругости (модуля нормальной упругости и коэффициента Пуассона) с помощью прибора УЗИС ЛЭТИ; определение относительной погрешности измерения. 2.1. Общие сведения Смотри общие сведения к лабораторной работе № 1 (с. 3–11). 2.2. Описание установки Измерение скорости упругих волн в образцах твердых тел прибором УЗИС ЛЭТИ основано на сравнении времени прохождения ультразвуковых импульсов в исследуемом образце и в эталонной жидкости с известной скоростью ультразвука. Функциональная схема прибора и временная диаграмма электрических сигналов показаны на рис. 2.1. Задающий мультивибратор генерирует прямоугольные импульсы переменной длительности с частотой повторения около 500 Гц. Передний фронт этих импульсов запускает генератор высокочастотных сигналов. Вырабатываемый генератором сигнал одновременно возбуждает ультразвуковые колебания излучающих пьезопластин жидкостной эталонной (ЭЛ) и измерительной (ИЛ) линий. Задний фронт прямоугольного импульса вызывает срабатывание ждущего мультивибратора. Последний формирует прямоугольный импульс, сдвинутый относительно исходного на некоторое время. Импульсы ждущего мультивибратора используются для запуска генератора развертки, пилообразные сигналы которого подаются на горизонтально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), создавая при этом временную развертку. Импульсы ультразвуковых колебаний, прошедшие через эталонную жидкость и исследуемый образец и преобразованные приемными пьезо-пластинами в электрические сигналы, подаются после соответствующего усиления на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ. На экране трубки можно наблюдать два импульса: импульс, прошедший через жидкостную эталонную линию, и импульс, прошедший через измерительную линию.  Благодаря тому, что длительность импульсов задающего мультивибратора регулируется, имеется возможность изменения момента запуска генератора развертки, а следовательно, и положения изображения на экране трубки. Для удобства наблюдения предусмотрена короткая развертка, позволяющая рассматривать импульсы высокочастотных колебаний в крупном масштабе. Вращением микрометрического винта оператор может менять расстояние между пьезопластинами жидкостной эталонной линии, при этом имеется возможность совместить оба высокочастотных импульса на экране прибора. В момент совмещения, которое означает, что время прохождения сигнала через эталонную и измерительную линии одинаково, берется отсчет по шкале микрометра. Таких отсчетов делают два: первый – без образца в измерительной линии (n1) , второй – с образцом (n2). Время прохождения ультразвукового импульса в образце будет равно времени прохождения импульса в столбе эталонной жидкости высотой (n2 – n1):  ,где vж – скорость ультразвука в эталонной жидкости; l – длина образца; v – искомая скорость ультразвука в образце. Отсюда:  .(2.1)Конструктивно прибор УЗИС ЛЭТИ включает в себя: 1) блок электронной схемы; 2) измерительную линию; 3) жидкостную эталонную линию. Все элементы прибора смонтированы на горизонтальном шасси, заключенном в кожух. На передней панели прибора имеются разъемы для подключения с помощью соединительных высокочастотных кабелей измерительной и жидкостной эталонной линий, а также выведены следующие элементы управления: 1. «Яркость» – регулирует яркость изображения на экране ЭЛТ. 2. «Фокус» – регулирует четкость изображения на экране трубки. 3. «Задержка»: «Грубо – плавно» – устанавливает момент запуска развертки. 4. «Развертка»: «Длинная – короткая» – переключает развертки. 5. «Сеть» – подает напряжение в прибор. 6. «ЭЛ» – включает жидкостную эталонную линию. 7. «Усиление ЭЛ» – плавно регулирует величину сигналов, прошедших через жидкостную эталонную линию. 8. «Усиление ИЛ»: «Грубо – плавно» – регулирует величину сигналов, прошедших через ИЛ. На задней стенке прибора размещены: 1. Сетевая колодка. 2. Клемма заземления. 3. Колодка предохранителя. 4. Отверстия, под которыми находятся шлицы переменных резисторов, смещающих картину на экране электронно-лучевой трубки по вертикали и по горизонтали. Измерительная линия (рис. 2.2) представляет собой два титановых цилиндрических стержня 1, которые служат постоянными ультразвуковыми линиями задержки. Верхний стержень имеет возможность вертикального перемещения, оставаясь при этом соосным с нижним стержнем. Исследуемый образец 2, имеющий форму короткого цилиндра, помещается между стержнями 1. К торцам стержней 1 приклеены пьезопластины 3. Длина образца должна быть такой,  чтобы время прохождения ультразвукового импульса в нем было больше длительности самого импульса. Прибор комплектуется двумя парами стержней соответственно для измерения скоростей продольных и поперечных волн. В более длинных стержнях, предназначенных для измерения скорости продольных волн, используются кварцевые пластинки Х-среза. В более коротких стержнях, используются кварцевые пластинки Y-среза. Жидкостная эталонная линия (рис. 2.3) состоит из цилиндрического полиэтиленового сосуда 1, залитого эталонной жидкостью со слабой зависимостью скорости ультразвука от температуры в области комнатных температур. В жидкость помещены две кварцевые пластинки Х-среза: неподвижная 2 и подвижная 3, перемещаемая микрометрическим винтом 4; максимальный ход пластинки 25 мм. Полиэтиленовый сосуд размещен в металлическом корпусе. Погрешность определения модулей Е и ν зависит от погрешности измерения скоростей продольной и поперечной волн. Из (2.1) легко видеть, что относительная погрешность определения скорости волны вычисляется следующим образом:  . (2.2)      Первые два члена в правой части (2.2) обычно много меньше третьего, поэтому можно считать, что . (2.3)Совмещение импульсов на экране ЭЛТ можно производить двумя способами – в фазе и в противофазе. Более удобным и потому более точным является последний способ, в котором в момент совмещения импульсов амплитуда суммарного сигнала равна нулю (компенсация импульсов). В приборе УЗИС погрешность скорости волны определяется, в основном, двумя факторами: 1) погрешностью отсчета по шкале микрометра; 2) наличием контактных слоев в измерительной линии (между образцом и стержнями; между стержнями – при отсутствии образца). Для разности (  ) абсолютная погрешность равна сумме абсолютных погрешностей  . Если принять, что погрешности  т. е. составляют половину цены деления шкалы микрометра, получим:  Пусть, например,  тогда  К значительно большей погрешности приводят контактные слои за счет наложения в них прямой и обратной волн. При малой длине образца по-грешность может составить несколько процентов. Формула (2.3), опреде-ляющая относительную погрешность измерения скорости волны, не учитывает погрешность, связанную с наличием контактных слоев. Можно показать, что эта погрешность снижается с уменьшением толщины слоя. Минимальная толщина контактного слоя определяется шероховатостью соприкасающихся поверхностей, поэтому образцы и стержни измерительной линии должны быть хорошо обработаны (отшлифованы). 2.2. Проведение эксперимента Изучить описание работы. Ознакомиться с конструкцией прибора и измерительной и жидкостной эталонной линиями. С разрешения преподавателя выключатель «Сеть» поставить в положение «Вкл.», при этом загорается сигнальная лампочка, и через некоторое время на экране прибора появляется развертка. Вращая ручку «Яркость», установить желаемую яркость изображения на экране. Ручкой «Фокус» добиться максимальной четкости изображения. Осторожно ввести в соприкосновение стержни измерительной линии, нанеся предварительно контактную смазку на их торцевые поверхности. Выключатель «ЭЛ» поставить в положение «Вкл.». Вращая ручку «Усиление ЭЛ», установить амплитуду импульса жидкостной эталонной линии, равной 25…40 мм. Установить ручку «Усиление ИЛ» в среднее положение. При этом на экране должны быть видны два высокочастотных импульса. Выключатель «ЭЛ» поставить в положение «Выкл.». При этом на экране остается только импульс измерительной линии. Вращая верхний стержень измерительной линии относительно нижнего, добиться наилучшего акустического контакта (критерий – максимум амплитуды). Для того чтобы контактный слой был минимальным, на верхний стержень желательно положить груз массой 3...5 кг. Оперируя ручками «Усиление ИЛ», установить амплитуду импульса измерительной линии, примерно равной 25…40 мм. Вращая ручки «Задержка», сместить импульс измерительной линии к левому краю развертки на экране ЭЛТ. Включить короткую развертку и ручками «Задержка» окончательно отрегулировать положение импульса ИЛ таким образом, чтобы пятая отрица-тельная полуволна совпала с вертикальной линией на шкале прибора (рис 2.4, а). Установить ручки «Усиление ИЛ» в крайние левые положения. Выключатель «ЭЛ» поставить в положение «Вкл.». Вращая микрометрический винт, установить положение импульса эталонной линии в соответствии с рис. 2.4, б (пятая положительная полуволна совпадает с вертикальной линией). Поочередно, каждый раз добиваясь уменьшения суммарного сигнала, плавно оперируя ручками «Усиление ИЛ» и микрометром, добиться компенсации импульса измерительной линии импульсом эталонной линии (рис. 2.4, в). Взять отсчет по шкале микрометра (n1) и занести его в таблицу. В  ставить между стержнями измерительной линии образец, предварительно нанеся на него слой контактной смазки.Повторить операции по пп. 9–18. Взять отсчет по шкале микрометра (n2) и занести его в таблицу. В Рис. 3.4. ставить между стержнями ИЛ новый образец, предварительно нанеся на него слой смазки, и повторить пп. 9–18 и 22. Выключить прибор и обезжирить образцы тампоном, смоченным в ацетоне. Измерить длину l образцов и результаты занести в таблицу. При измерении скорости продольных волн в качестве смазки можно пользоваться трансформаторным маслом, глицерином и т. п. Рис.2.4 Результаты измерения
При измерении скорости поперечных волн для создания акустического контакта необходимо использовать вещества, обладающие сдвиговой упругостью. Хорошие результаты получаются с эпоксидной смолой без отвердителя. 2.3. Обработка результатов эксперимента По измеренным величинам n1, n2, l и известной скорости vж, используя (2.1), вычислить скорости продольных и поперечных волн в образцах (принять vж = 1500 м/с). По формулам  вычислить модуль Е и коэффициент Пуассона ν исследуемых материалов; vl и vt – скорости продольных и поперечных волн соответственно. Значения плотности материалов взять из справочника.По (2.3) вычислить относительную погрешность измерения скоростей волн. Сравнить полученные значения модулей упругости со справочными данными. 2.4. Требования к содержанию отчета В отчете должны быть представлены: 1) цели и задачи работы; 2) функциональная схема измерительного прибора с описанием назначения отдельных элементов; 3) расчетные формулы; 4) результаты измерений; 5) результаты расчетов, сведенные в таблицу; 6) выводы, содержащие анализ факторов, влияющих на погрешность определения модулей упругости. 2.5. Контрольные вопросы На чем основан импульсно-фазовый метод определения модулей упругости? Каков принцип измерения скорости ультразвуковых волн в приборе УЗИС ЛЭТИ? Какие ограничения накладываются на размеры и геометрическую форму образцов? Какие факторы влияют на погрешность измерения скорости? Как уменьшить погрешность измерения? По какой формуле определяют скорость ультразвука в образце? Поясните все входящие в нее обозначения. По каким формулам определяют модуль нормальной упругости и коэффициент Пуассона? Поясните все входящие в них обозначения. Лабораторная работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Цель работы: овладение методами исследования микротвердости различных материалов. 3.1. Общие сведения Твердость материала определяется как способность оказывать сопротивление при контактных воздействиях упругому и пластическому деформированию или хрупкому разрушению. Микротвердость – это твердость материала в его микроскопически малых объемах. Мерой микротвердости является число микротвердости. В настоящее время слово «число» опускают и считают, что мера микротвердости – это микротвердость. Обычно микротвердость определяют методом статического вдавливания жесткого индентора. При вдавливании жесткого индентора в поверхность образца исследуемого материала в микрообъеме материала возникает сложное напряженное состояние, и происходят упругая и пластическая деформации. Микротвердость имеет смысл среднего напряжения, действующего на поверхность отпечатка. Вклад различных составляющих в сопротивление материала деформированию зависит как от свойств материала, так и от условий деформирования (температуры и скорости индентирования, типа индентора, времени выдержки индентора под нагрузкой и т. п.). Метод микротвердости имеет ряд существенных преимуществ перед обычными испытаниями на твердость. С помощью этого метода исследуются механические свойства твердых материалов, пластичность и хрупкость тонких поверхностных слоев, покрытий. При помощи ультрамикротвердомеров, позволяющих использовать отпечатки глубиной 20 нм, можно исследовать микрообразцы, нитевидные кристаллы, интегральные схемы, биологические объекты и т. п. Определение микротвердости биологических твердых материалов и имплантатов имеет большое значение для медицинской практики. В табл. 3.1. приведены справочные данные о микротвердости различных материалов по Виккерсу. Таблица 3.1 Значения микротвердости различных структур
Оценка микротвердости костной ткани использовалась как способ исследования процессов старения, определения степени минерализации и деминерализации кости. Измерения микротвердости служили показателем влияния на кость консервации, хранения и высыхания и использовались для выявления патогенеза разрушения кости при травмах. Было показано, что различия микротвердости обусловлены не просто разной степенью минерализации, но и микроскопической структурой, т. е. композицией костного матрикса. Измерение микротвердости по длине длинных трубчатых костей позволило выявить зоны, имеющие стабильные показатели микротвердости, и, следовательно, определить наиболее благоприятные места для прикрепления накостных пластин винтами. Было установлено, что винты в этом случае обеспечивают наиболее прочное соединение пластины с костью. При лечении тяжелых заболеваний и повреждений суставов часто возникает необходимость полного или частичного удаления суставных концов с их суб- или тотальным эндопротезированием. Результативность операций субтотального эндопротезирования суставов определяется деформационными свойствами суставного хряща, материалом имплантата, а также действующими внутри сустава механизмами амортизации, трения, питания хряща и другими факторами. Знание анатомо-физиологических характеристик компонентов суставов является важным не только для определения возможной степени дегенерации хряща, но и для обоснованного выбора аллопластического имплантата. Основная роль суставного хряща, принимающего на себя механическую нагрузку, обеспечивается комплексом его свойств, таких, как прочность, упругость, жесткость. Эти свойства обусловлены его морфологической, молекулярной и надмолекулярной структурами. Нормальный суставный хрящ – это сильно гидротированный микропористый композиционный биоматериал, состоящий из сульфатированных и коллагеновых волокон диаметром 8…60 мм. В порах хряща содержится 70…80 % жидкости. Головка бедренной кости человека через слой хряща неравномерной толщины от 1 до 7 мм подвергается суммарному воздействию массы тела и силы тяги отводящих мышц. Вследствие неоднородности строения хрящ имеет анизотропию упруговязких свойств, что обусловливает его способность амортизировать внешние статические и динамические нагрузки, создавать оптимальные условия адаптации в процессе локомоторной функции суставов. Неоднородность свойств суставного хряща выявляется при исследовании его микротвердости в различных зонах суставной поверхности. Исследования микротвердости позволяют установить связь между пределом текучести Т материалов и микротвердостью. Для металлов, например, установлено, что H = aТ,где а – константа, близкая к трем; Н – микротвердость. Знание микротвердости хрящевой или костной тканей позволяет подобрать при протезировании имплантат, обладающий свойствами, близкими к заменяемым тканям. Методика испытаний на микротвердость 1. Прибор для испытаний. В нашей стране для испытаний материалов на микротвердость широкое распространение получил прибор микротвердомер ПМТ-3М (рис. 3.1). Составными частями микротвердомера являются штатив с предметным столиком, тубусодержатель с тубусом и механизмом нагружения. Штатив состоит из основания 1 и колонки 2, имеющей снаружи ленточную резьбу для перемещения в вертикальном положении тубусодержателя 3 с тубусом 14 при помощи гайки 4. Тубусодержатель закрепляется на колонке при помощи резной втулки винтом 5, который при работе должен быть зажат. В тубусодержателе размещены механизмы грубого и микрометричес-кого движения тубуса микротвердомера. Вращая барашек 6грубого движения и барашек 7 микрометрического движения, можно перемещать тубус вверх и вниз.  Ход механизма грубого движения можно регулировать. Если один барашек грубого движения немного развернуть относительно другого, ход тубуса будет тяжелее или легче в зависимости от того, в какую сторону развернуты барашки. Кроме того, механизм грубого движения можно застопорить при помощи рукоятки 8. На барашке 7 имеется шкала, одно деление которой соответствует 0,002 мм перемещения тубуса. Предметный столик 9 закреплен на основании штатива тремя винтами. Верхняя часть столика, на которую устанавливается предмет, может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью винтов 10. Отпустив стопорный винт 11, можно поворачивать столик от упора до упора. Образец любой конфигурации можно установить на пластину с помощью пластилина и прессика, а затем поместить на столик. Осветитель 15 закреплен на тубусе микроскопа и служит для освещения исследуемого объекта. Равномерное освещение достигается перемещением и разворотом патрона со светодиодом 16. Светодиод осветителя питается от блока питания, встроенного в основание 1 микротвердомера. Блок питания включается тумблером 12. Регулировку силы света производят рукояткой 13. Блок питания встроенный работает от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Механизм нагружения состоит из штока 19, закрепленного на двух пружинах, расположенных внутри корпуса механизма. На штоке закреплен воздушный демпфер 20. В держатель 21 вставляется алмазный наконечник 22, а на утолщенную часть штока 23 устанавливается гиря из комплекта гирь. Для получения отпечатка шток опускают плавным вращением рукоятки 24 арретира против часовой стрелки. Алмазная пирамида с квадратным основанием имеет угол при вершине между противолежащими гранями 136°, ее часто называют пирамидой Виккерса. При использовании такой пирамиды микротвердость Н, ГПа вычисляется по формуле   ,где Р – нагрузка на индентор (P = mg), Н; d– среднее арифметическое значение длин обеих диагоналей отпечатка, мкм. 2. Требования к образцам. Образцы для испытаний должны иметь плоскопараллельные поверхности. Поверхность, в которую внедряется индентор, должна быть полированной. Размер образца не должен быть меньше размера десяти диагоналей отпечатка пирамиды (если считать, что длина диагонали отпечатка приблизительно равна 50 мкм, образцы могут иметь минимальные размеры 0,5 мм). 3. Электронно-вычислительное устройство. Вычисление микротвердости проводится автоматически электронно-вычислительным устройством (ЭВУ) (рис. 3.2, а) с помощью фотоэлектрического окулярного микрометра ФОМ-2 (рис. 3.2, б). 3.2. Проведение эксперимента Подготовленный образец устанавливают на предметный столик так, чтобы его поверхность была хорошо видима в микроскоп. Устанавливают на утолщенную часть штока груз. Выбирают под перекрестьем нитей поверхность образца, в которую будет внедряться алмазная пирамида. Расстояние от центра отпечатка до края предмета должно быть не менее двух размеров отпечатка. Расстояние между центрами соседних отпечатков должно превышать размер отпечатка более чем в три раза, минимальная толщина предмета или слоя должна превышать глубину отпечатка не менее чем в десять раз. При исследовании отдельных структурных составляющих металлических сплавов действуют те же правила. Плавно повернуть предметный столик рукояткой 25 против часовой стрелки до упора, не допуская толчков при подведении к упору. Медленным поворотом рукоятки 24 (рис. 3.1) против часовой стрелки опустить шток так,  чтобы алмаз коснулся поверхности исследуемого объекта. Рукоятку поворачивать приблизительно на 180° в течение 10…15 с. После выдержки под нагрузкой в течение десяти секунд повернуть рукоятку 25 в исходное положение. Измерить контрольный параметр отпечатка (рис. 3.3, а) с помощью фотоэлектрического окулярного микрометра ФОМ-2 (рис. 3.2, б). Винтами предметного столика и вращением барабанчика окуляра 17 (рис. 3.1) или окулярного микрометра (рис. 3.2, б) подвести центр перекрестия к одному краю диагонали отпечатка (рис. 3.3, б) и произвести отсчет по шкалам окулярного микрометра. Вращением барабанчика окулярного микрометра в ту же сторону (перемещением центра перекрестия по диагонали отпечатка) совместить центр перекрестия со вторым краем диагонали (рис. 3.3, в) и снова произвести отсчет по шкалам окулярного микрометра. Разность отсчетов, умноженная на действительное значение цены деления барабанчика, дает истинную величину диагонали отпечатка. Значение микротвердости материала образца по методу Виккерса вычисляется ЭВУ (рис. 3.2, а). Для этого необходимо: Ввести с клавиатуры ЭВУ номер задачи «05» с помощью цифровых клавиш или клавиш « », « ». На экране появится сообщение: CHOOSE A TASK 5. Microhard, by V Нажать клавишу «Enter». На экране ЭВУ появится сообщение: Parameter 1/3 V = 0 С клавиатуры ЭВУ с помощью цифровых клавиш набрать значение увеличения объектива V. По окончанию нажать клавишу «Enter». На экране ЭВУ появится сообщение: Parameter 2/3 Р=0 С клавиатуры ЭВУ набрать значение величины выбранной нагрузки (гири) на алмазный наконечник Р (в ньютонах). Перевод единиц килограмм-сила в ньютоны производить из соотношения 1 кгс = 9,8 Н. По окончанию ввода значения параметра нажать клавишу «Enter». На экране появится сообщение: Parameter 3/3 HV = 0 С клавиатуры набрать номинальное значение микротвердости (единицы твердости) – HV. Если значение параметра HV неизвестно, в память ЭВУ параметр не заносится и в дальнейших расчетах участвовать не будет. Подвижный штрих окулярного микрометра установить перпендикулярно к измеряемой диагонали отпечатка. Подвести его к краю этой диагонали и нажать клавишу «BEG». На экране ЭВУ появится сообщение: Imprn. 01 Diag. l 01 Q = 0 Оно говорит о том, что производится измерение величины диагонали отпечатка – «01» и количества импульсов, соответствующих величине диагонали в плоскости изображения, – «Q» (1 импульс = 4 мкм). Нажать клавишу «Enter». При этом на экран выводится значение микротвердости HV по Виккерсу, рассчитанное для данного отпечатка. Вращая барабан микрометрического винта микрометра и наблюдая в окуляр, подвести подвижный штрих к противоположному краю диагонали. При этом на экране последовательно индицируются значения импульсов, поступающих с выхода компаратора микрометра. Нажать клавишу «END». На экране появится сообщение: Imprn. 01 Diag. l 01 D = 212 Верхняя строка указывает на то, что произведено измерение одной диагонали первого отпечатка (Diag. l), а нижняя строка индицирует порядковый номер измерения и величину измеренной диагонали D (значение приведено для примера), рассчитанную по формуле D = W·Q/V, где W – цена импульса, мкм (W = 4); Q – число импульсов; V – увеличение объектива. 7. Повторить измерение этой диагонали по пп. 5, 6 необходимое количество раз, но не менее трех. Нажать клавишу «Enter». На экране появится сообщение: IMPRN. 01 Diag. l D = 294 Оно указывает на порядковый номер отпечатка «01» и среднее арифметическое значение длины одной диагонали D (значение приведено для примера). Развернуть микрометр так, чтобы его подвижный штрих был расположен перпендикулярно ко второй диагонали отпечатка. Измерить вторую диагональ аналогично первой по пп. 5–7. Нажать клавишу «Enter». На экране появится сообщение: IMPRINT 01 D = 270 В нем выведен порядковый номер отпечатка – «01» и значение D, рассчитанное по формуле D = (D1ср + D2ср)/2, где D1ср – среднее арифметическое значение длины первой диагонали, мкм; D2ср – среднее арифметическое значение длины второй диагонали, мкм. Нажать клавишу «Enter». При этом на экран выводится значение микротвердости HV по Виккерсу, рассчитанное для данного отпечатка в единицах твердости. Число микротвердости занести в табл. 3.2. Таблица 3.2 Результаты расчета микротвердости
Провести измерения и вычисления микротвердости по нескольким отпечаткам. 3.3. Обработка результатов эксперимента Объяснить и обосновать разницу в значениях микротвердости в разных точках исследуемого образца. Подсчитать среднеквадратическую погрешность измерений. 3.4. Требования к содержанию отчета В отчете должны быть представлены: 1) цели и задачи работы, описание методики измерения микротвердости, области применения; 2) используемое оборудование; 3) процедура и схема измерения диагоналей отпечатка; 4) таблица с результатами расчета микротвердости; 5) расчет среднеквадратической погрешности измерений; 6) выводы. 3.5. Контрольные вопросы Дать определение микротвердости. Что является мерой микротвердости? Каков физический смысл имеет микротвердость и что влияет на значение микротвердости? В чем состоит преимущество метода микротвердости перед обычными методами испытаний на твердость? Можно ли отнести испытание на микротвердость к неразрушающим методам испытаний? Перечислить требования, предъявляемые к образцам для испытаний. Какие типы инденторов используют при испытаниях? Какое устройство используется для автоматического вычисления микротвердости? Объяснить и обосновать разницу в значениях микротвердости в разных точках исследуемого образца. Какой смысл имеет вычисление среднеквадратической погрешности измерений? 3.6. Список рекомендуемой литературы Актуальные вопросы физики микровдавливания / под ред. Ю. С. Боярской. Кишинев: Штиинца, 1989. 195 с. Булычев С. И., Алехин В. П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. М.: Машиностроение, 1990. 224 с. Кормилицын О. П., Шукейло Ю. А. Механика материалов и структур нано- и микротехники. М.: Издательский центр «Академия», 2008. 224 с. Содержание Лабораторная работа № 1. Определение модулей упругости материала резонансам методом…………………………………………………3 Лабораторная работа № 2. Определение модулей упругости материала имульсно-фазовым методом………………………… ………….....14 Лабораторная работа № 3. Определение микротвердости конструкционных материалов………………………………………………….22 Шукейло Юрий Александрович Степанов Сергей Константинович Белова Елена Юрьевна Липьяйнен Татьяна Сергеевна Лысков Алексей Иванович Методы определения механических свойств материаловУчебно-методическое пособие Редактор Н. Ю. Меньшенина __________________________________________________________________ Подписано в печать . Формат 60×84 1/16 Бумага офсетная. Печать цифровая. Печ. л. 2,0. Гарнитура «Times New Roman». Тираж 50 экз. Заказ __________________________________________________________________ Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 1  97376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 51 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||