Усталость металлов. Деформация и разрушение при длительном статическом нагружении. Механические свойства при ударных нагрузках, страница 17

Методы высокотемпературной металлографии позволяют изучать поведение металла при нагреве, изотермической выдержке и охлаждении, а также при циклическом изменении температур, без нагрузки и под нагрузкой.

Образец испытывается, как правило, в вакууме и реже в среде инертного газа.

3.3. Микротвердость.

Хотя описанные структурно-механические методы позволяют наблюдать и изучать структурные изменения при деформации, необходимо иметь количественное представление о свойствах отдельных составляющих, даже отдельных зерен и отдельных зон детали или заготовки.

Наиболее просто это достигается путем измерения твердости при вдавливании при малых нагрузках (изменение микротвердости)

Впервые микротвердость отдельных структурных составляющих была определена на склероскопе Шора А.М. Бочваром в 1917 г. и применена им для изучения связи структуры и свойств подшипниковых материалов.

Микротвердость может быть определена как при вдавливании, так и при царапании. При измерении микротвердости вдавливанием используются разные наконечники – стандартная пирамида Виккерса, а также инденторы Э.Я. Гродзинского и Е.С. Берковича.

Наиболее широкое распространение получил метод, по которому за меру твердости принимается отношение действующей нагрузки к площади поверхности отпечатка от алмазной пирамиды с квадратным основанием и углом между противоположными гранями 1360. Величина нагрузки выбирается в зависимости от вида испытуемого материала в пределах от 0,005 до 0,5 кгс. В аналогичном методе Кнупа в качестве наконечника используется алмазная пирамида ромбического сечения. Твердость определяется как отношение приложенной нагрузки к площади проекции отпечатка.

Индентор Гродзинского имеет форму двух конусов, соединенных между собой основаниями. Индентор вдавливается в материал режущей кромкой, образованной пересечением поверхностей конусов. Отпечаток имеет овальную форму. Твердость по Гродзинскому определяется как отношение действующей нагрузки к площади проекции отпечатка. Индентор Е.С. Берковича представляет трехгранную пирамиду и позволяет получить субмикроскопические отпечатки при малых нагрузках.

Принципиально приборы для определения микротвердости не отличаются от обычных приборов, предназначенных для определения макротвердости. Однако по своему конструктивному исполнению и методике испытаний они занимают особое место.

3.4. Микромеханические испытания.

В последние годы получили широкое распространение испытания относительно малых образцов диаметром 3-6 мм, предложенные в свое время А.Г. Гагариным для оценки свойств локальных исследуемых зон.

Выбор оптимальных размеров и формы микрообразцов. Локальность оценки свойств с помощью микромеханических испытаний достигается тем в большей степени, чем меньше размеры образцов. Однако это уменьшение ограничивается требованиями точности при изготовлении и измерении образцов, оказывающей существенное влияние на точность определения механических характеристик.

Оптимальными для испытания на растяжение следует считать образцы диаметром 0,8; 1; 1,2 мм и длиной, равной пяти диаметрам. Относительная погрешность при подсчете площади, входящей в формулы для расчета механических характеристик при растяжении, составляет 1-2,5 %, что допустимо для микромеханических испытаний. При испытании на кручение влияние погрешности диаметра увеличивается, и в этом случае рекомендуют образцы диаметром 1,2-2 мм.

Выбор оптимальных размеров образцов зависит также от испытуемого материала и цели испытания. Например, при определении свойств монокристаллов, прочности твердых фаз и т.д., т.е. во всех случаях, когда определяемые характеристики связаны с наличием в объеме рабочей части одного или нескольких крупных кристаллитов, следует применять образцы наименьших размеров. При определении свойств поликристаллов металлов с кубической решеткой при средней и мелкозернистой структуре можно применять образцы диаметром 0,8 1,2 мм, а для крупнозернистых металлов – диаметром 1,2 и даже 1,5 мм. При этом свойства, присущие поликристаллической структуре сохраняются при наличии даже небольшого числа зерен в сечении образца из-за значительного числа плоскостей и направлений скольжения при деформации.