Методы определения механических свойств материалов, макро- и микротвeрдость материалов
1. Твeрдость материала характеризует:
a) сопротивление материала вдавливанию в него более твeрдого тела;
b) сопротивление образца из данного материала деформации растяжения;
c) сопротивление царапанью образца из данного материала другим материалом;
d) сопротивление материала действию циклических нагрузок.
Твeрдость – один из показателей механических свойств материалов. Еe рассматривают как способность материалов сопротивляться царапанью или вдавливанию.
В современной инженерной и стоматологической практике в зависимости от вида материала и решаемой задачи применяются различные способы определения твeрдости. Большинство из них основано на способности материала сопротивляться проникновению в него более твeрдого тела при определенной нагрузке.
При этом на поверхность исследуемого материала действуют наконечником (индентором), изготовленным из малодеформируемого вещества (алмаз, сапфир, твeрдая закалeнная сталь или другой твeрдый сплав типа нитрида бора). Индентор (может быть в форме шарика, конуса, пирамиды или иглы) либо вдавливают в исследуемый материал (способ вдавливания), либо им царапают его поверхность (способ царапанья).
Для пластичных материалов (металлов и сплавов), тканей зуба количественно твердость определяется как отношение нагрузки F, действующей на вдавливаемое тело (индентор), к площади S поверхности отпечатка, образовавшегося в материале после снятия нагрузки. Методы измерения твердости различаются между собой формой индентора и материалом, из которого он сделан. Например, при определении твердости методом Бринелля в образец вдавливается стальной шарик, методом Виккерса – алмазная пирамидка квадратного поперечного сечения и т. д.
Способ царапанья используется в методе Мооса.
2. Ударная вязкость материала характеризует:
a) способность материала сопротивляется действию ударных нагрузок;
b) степень хрупкости данного материала;
c) способность материала сопротивляться действию статических нагрузок;
d) способность сопротивляться разрушению только полимерного материала.
Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться действию ударных нагрузок.
3. Усталость материала – это:
a) явление разрушения материала при действии повторно-переменных напряжений по амплитуде меньших, чем предел прочности;
b) процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием повторно-переменных напряжений;
c) явление, которое количественно характеризуется величиной предела выносливости;
d) явление, которое количественно характеризуется пределом упругости.
В процессе любого усталостного испытания на образец действуют циклические напряжения, непрерывно изменяющиеся по величине и часто – по знаку. Цикл напряжений – это совокупность их переменных значений за один период измерения.
При испытаниях для определения предела выносливости (усталости) σуст строят график, показывающий зависимость максимального напряжения σmax, при котором происходит разрушение образца от числа циклов (N) нагружения, который называется кривой выносливости или кривой усталости.
4. Установите соответствие между механической характеристикой деформируемого образца и формулой, которая еe определяет. Здесь Р – действующая на испытуемый образец нагрузка; S – площадь отпечатка; М – длина диагонали отпечатка; А – работа по разрушению образца; S0 – площадь поперечного сечения образца в месте удара.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Твeрдость
обычно
определяют числом твердости, оно по
Бринеллю обозначается НВ
и определяется по формуле
,
где P
– нагрузка;
S
– площадь
отпечатка.
Число
твердости по Виккерсу
(HV)
вычисляют по формуле: HV=
1,854
,
где Р
– нагрузка, кгс; М
– среднее арифметическое длин обеих
диагоналей отпечатка, мм.
Ударную вязкость (а) вычисляют по формуле: а =А / S0, где А – работа необходимая для разрушения образца; S0 – площадь поперечного сечения образца в месте удара.
Число твeрдости по методу Кнуппа (НК) определяется по формуле HK =12,87 , где Р – нагрузка на пирамиду, Н; М – величина длинной диагонали, мм.
5. Укажите последовательность записи условий испытаний при обозначении числа твердости по Виккерсу (например, HV 20/40 – 250):
a) время выдержки (с);
b) обозначение используемого метода (символ);
c) нагрузка (кгс);
d) значение твердости (кгс/мм2).
Сначала указывается величина нагрузки, потом время выдержки и значение твердости. К примеру, запись HV 20/40 – 250 означает, что при нагрузке 200 Н (20 кгс) и времени выдержки 40 с, твeрдость по Виккерсу равна 250 кгс/мм2.
6. Расположите в порядке уменьшения твердости (от большей к меньшей) материалы, используемые в относительной шкале твeрдости Мооса:
a) гипс;
b) ортоклаз;
c) алмаз;
d) апатит;
e) топаз.
В основе метода Мооса лежит использование шкалы Мооса – десятибалльной шкалы твeрдости материалов, впервые предложенной в 1811 г. немецким минерологом Ф. Моосом.
В этой шкале за эталоны приняты твeрдости следующих 10 материалов, начиная с наиболее мягкого: талька – принята за 1, гипса – 2, кальция – 3, флюорита – 4, апатита – 5, ортоклаза – 6, кварца – 7, топаза – 8, корунда – 9, алмаза – 10.
7.
Для
тикония (один из хромокобальтовых
сплавов) HV 340.
Твердость этого материала равна …..
.
Обычными условиями испытания считаются: нагрузка 300 Н (30 кгс) и время выдержки 10 – 15с. В этом случае твeрдость по Виккерсу записывается, например, HV 400, т.е. она равна 400 кгс/мм2. Если условия испытания другие, то это отражается индексами, причeм сначала указывается величина нагрузки, потом – время выдержки. В нашем случае HV 340, значит, твeрдость тикония по Виккерсу равна 340 кгс/мм2.
8. Твeрдость эмали HV 2966,4 МПа. Среднее арифметическое значение длин диагоналей отпечатка 0,025 мм. Действующая при этом нагрузка равна … Н.
Число твердости по Виккерсу (HV), вычисляют по формуле: HV= 1,854 , (1)
где Р - нагрузка, кгс; М – среднее арифметическое значение длин диагоналей отпечатка, мм.
По условию HV 2966,4 МПа, т.е. твeрдость эмали составляет:
2966,4 МПа =2966,4 Н/мм2 = 296,64 кгс/мм2 (1 МПа= 1 Н/мм2=0,1 кгс/мм2);
М=0,025мм.
Из формулы (1) получаем:
P = (HV/1,854) ∙ М2. Подставляем в последнюю формулу данные из условия задачи и производим расчет нагрузки.