Измерение микротвердости с помощью прибора ПМТ-3

Измерение микротвердости с помощью прибора ПМТ-3

Наблюдается определенная корреляция между твердостью, внутренними  напряжениями, хрупкостью и износостойкостью гальванических покрытий. Как правило, более высоким внутренним напряжениям  соответ-свует большая твердость и большая хрупкость покрытий. Большой твердости обычно соответствует более высокая износостойкость, однако до определенного предела. 
 
Измерение микротвердости с помощью прибора ПМТ-3. При измерениях на приборе ПМТ-3 твердость определяется по размерам отпечатков, создаваемых вдавливанием алмазной пирамиды под нагрузкой от 0,05 до 5,00 Н и выражается в мегапаскалях (по Виккерсу). 
 
Микротвердость зависит от нагрузки в большей степени, чем макротвердость. В большинстве случаев микротвердость увеличивается с уменьшением нагрузки. Поэтому при записи микротвердости следует в индексе указывать приложенную нагрузку в граммах, например, Я60. 
 
Величину нагрузки выбирают в зависимости от твердости и толщины образца или толщины слоя однородного материала. Минимальная толщина слоя 6М должна быть больше полуторной длины диагонали отпечатка I, т. е. Бм^.1,5Для пирамиды с углом при вершине 136° (которую применяют в приборе ПМТ-3) глубина ее погружения h = 0,143/ и соответственно 6М = 10,5h [52]. 
 
При тонком слое покрытия на измерении микротвердости сказывается твердость материала подложки, вследствие чего могут быть значительные искажения результатов. 
 
Минимальная толщина металлического покрытия, при котором металл основы практически не оказывает влияния на результаты измерения, зависит от твердости основы и твердости покрытия. Если твердость основы Н0 больше твердости покрытия Нп, то должно быть соблюдено соотношение 5М^0,21/. Если твердость основы меньше твердости покрытия, то должно выполняться соотношение Бм>2,9/ [53]. 

Определение микротвердости осуществляется на приборе ПМТ-3 путем вдавливания правильной четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136°С под нагрузкой от 5 до 200 гс в плоскую поверхность образца.

Микротвердость Н_μ определяется по формуле:

где Н_μ - микротвердость, кгс/мм²; Р - нагрузка, кгс; d - среднеарифметическое из длин двух диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм; α -угол между противоположными гранями пирамиды (α=136°С).

Устройство прибора ПМТ-3 показано на рис. 59. Штатив, состоящий из основания  и колонки, имеет снаружи ленточную  резьбу для перемещения кронштейна. В кронштейне размещены механизмы макрометрической и микрометрической подач для вертикального перемещения микроскопа; предметный столик, который имеет крестообразное перемещение и может поворачиваться на 180° (от одного упора до другого); винтовой окулярный микрометр типа АМ9-3 15^х, на подвижную сетку которого нанесено перекрестие; нагружающий механизм, состоящий из штока, подвешенного к свободным концам двух пружин, другие концы которых закреплены в корпусе механизма.

Рис. 59. Общий вид ПМТ-3: 1- механизм макроподачи; 2-механизм микроподачи; 3 -стойка; 4 - механизм нагружения; 5 - предмет; 6 - станина; 7 - окулярный микрометр; 8 - тубус; 9 - центрировка; 10 - осветитель; 11 - объектив; 12 - алмазная пирамида; 13 - столик

В нижний конец штока вставляется  оправка с алмазным наконечником, а на утолщенную часть штока кладется гиря из разновеса, приложенного к прибору. Опускание штока для нанесения  отпечатка производится путем освобождения арретира.

При юстировке прибора весь механизм нагружения устанавливают при помощи гайки по высоте так, чтобы вершина алмазного наконечника касалась поверхности испытуемого образца тогда, когда поверхность находится в фокусе микроскопа.

В микроскоп встроены центрируемые эпи-объективы типа ОЭ-6, F6 16А 0,65 и типа ОЭ-23, F23, 17А, 0,17, позволяющие рассматривать поверхность образца в светлом и темном полях. Общее увеличение микроскопа ПМТ-3 составляет 487^х и 135^х (при 15 - кратном окуляре и указанных выше объективах).

Определение микротвердости осуществляется следующим образом: электролитически отполированный образец крепится пластилином на пластинке, его положение выравнивается при помощи ручного небольшого пресса относительно нижней опорной поверхности так, чтобы испытуемая поверхность была перпендикулярна оси пирамиды. Выбранное под микроскопом место для определения микротвердости передвижением предметного столика подводят в середину ноля зрения микроскопа на перекрестке нитей винтового окулярного микрометра. На шток наконечника устанавливаются гири, осуществляющие нагрузку, при которой определяется микротвердость.

Предметный стол поворачивают без  толчков до упора (приблизительно на 180°) для того, чтобы подвести испытуемый образец под наконечник.

Медленно освобождая арретир (в  течение 10-15 с), опускают шток так, чтобы  наконечник углубился в образец  под действием приложенной нагрузки. После выдержки под нагрузкой  шток вновь арретируют и наконечник поднимается в исходное положение, освобождая образец.

Предметный стол отводят в первоначальное положение и образец с полученным отпечатком располагают под объективом на перекрестке нитей винтового  окулярного микрометра. Если отпечаток  располагается не в поле зрения, то двумя центровочными винтами  его совмещают с перекрестием. После этого измеряют диагонали  отпечатка и твердость рассчитывают по формуле или по специальным таблицам.

Применение метода измерения микротвердости позволяет установить целый ряд закономерностей.

В табл. 14, например, приведены результаты измерений микротвердости на приборе ПМТ-3 с нагрузкой 20 г сплава АЛ19 с различным содержанием основных легирующих компонентов после термической обработки по двум режимам: режим Т4: ступенчатый нагрев под закалку при 535±5°С, выдержка 7ч +545°C, выдержка 7 ч, охлаждение в воде при 20°С; режим Т5: закалка та же+старение при 175°С в течение 6 ч.

ТАБЛИЦА 14 Изменение микротвердости сплава АЛ19 в зависимости от содержания основных легирующих компонентов и режима термической обработки

Из данных табл. 14 следует, что:

1) микротвердость по зерну неоднородна; это объясняется различной степенью распада твердого раствора;

2) старение закаленного сплава  приводит к увеличению микро-твердости  примерно на 10-15%.

3) увеличение содержания меди  с 4,75 до 5,2% приблизительно на 15% увеличивает  H_μ твердого раствора в состоянии Т5.

4) наиболее высокая микротвердость твердого раствора в состоянии Т5 отмечается при оптимальном содержании меди 5,0%, марганца 0,8%, титана 0,3%.

М

МИКРОТВЕРДОСТЬ