- •Объекты и методы инженерии поверхности.
- •Основные характеристики функциональных поверхностей.
- •Почему поверхностные слои твердых тел отличается по структуре и свойствам от объема?
- •Основные количественные параметры шероховатости поверхности по гост 2789-73.
- •Принципы устройства, преимущества и ограничения контактного и бесконтактного профилометра.
- •Способы и стадии подготовки объемных материалов и покрытий для изучения в оптическом микроскопе и электронном просвечивающем микроскопе.
- •Архитектура компьютерной системы сбора данных. Ацп и цап.
- •Векторная и растровая графика. Основные электронные форматы для данных и изображений.
- •Что такое пиксел? Как избежать искажений при увеличении электронных изображений?
- •Как рассчитать напряжения Герца при контакте твердых тел?
- •Сформулируйте определение твердости. Методы определения твердости.
- •Как определяют твердость в методе измерительного индентирования? в чем состоит метод Оливера-Фарра? Коэффициент упругого восстановления.
- •Как определяют твердость в методе Виккерса, Бринеля, Роквелла? с чем связаны ограничения классических методов определения твердости?
- •Перечислите материаловедческие задачи, решаемые с помощью метода измерительного индентирования.
- •В чем состоит метод измерительного царапания? Какие параметры определяют при измерительном царапании? Что называют критической нагрузкой?
- •Как происходит получение изображения в сканирующей зондовой микроскопии (сзм). Преимущества и ограничения сзм.
- •Перечислите способы выделения полезного сигнала при обработке сзм изображений.
- •Типы и условия формирования контраста в сканирующем зондовом микроскопе. Контактный и бесконтактный режим работы сзм.
- •Как проходит контактирование и трение соприкасающихся поверхностей. Оценка площади контакта.
- •Дайте определение изнашиванию и износу. В каких единицах измеряют износ?
- •Сформулируйте принципы создания износостойких материалов и покрытий.
- •Опишите принципы подбора контртела для трибологических испытаний.
- •От каких параметров трибологических испытаний зависят напряжения Герца пары «образец-контртело»?
- •Как определяют износ контртела и образца по схеме «стержень-диск»?
- •В каком диапазоне может меняться коэффициент трения? в каких единицах измеряют износостойкость?
- •Что включает в себя комплексное трибологическое исследование? Схема «стержень-диск» и «стержень-пластина».
- •Какие диапазоны электромагнитных волн используют для изучения функциональных поверхностей? Какие из них чувствительны для органов чувств (зрения, слуха) человека.
- •Что такое структурная составляющая? Как повысить разрешение оптического микроскопа. Формула Аббе.
Как определяют твердость в методе Виккерса, Бринеля, Роквелла? с чем связаны ограничения классических методов определения твердости?
Метод Виккерса заключается в воздействии на образец индентора определенной формы с определенной нагрузкой, каждая комбинация которых отражена в шкале, по которой измеряется твердость (A, B, C, .., всего 11). Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая на шкалу по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC). Твердость измеряется по глубине проникновения индентора в образец.
НАИБОЛЕЕ ШИРОКО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ШКАЛЫ ТВЁРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ
Шкала |
Индентор |
Нагрузка, кгс |
А |
Алмазный конус с углом 120° при вершине |
60 кгс |
В |
Шарик диам. 1/16 дюйма из карбида вольфрама (или закалённой стали) |
100 кгс |
С |
Алмазный конус с углом 120° при вершине |
150 кгс |
При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0.2 мм, или 0.2 / 0.002 = 100 делений, при испытании шариком — 0.26 мм, или 0.26 / 0.002 = 130 делений. Таким образом формулы для вычисления значения твёрдости будут выглядеть следующим образом:
а) при измерении по шкале А (HRA) и С (HRC):
Разность
представляет
разность глубин погружения индентора
(в миллиметрах) после снятия основной
нагрузки и до её приложения (при
предварительном нагружении).
б) при измерении по шкале B (HRB):
Метод Бринеля относится к методам вдавливания. Испытание проводится следующим образом: вначале подводят образец к индентору, затем вдавливают индентор в образец с плавно нарастающей нагрузкой в течение 2-8 с, после достижения максимальной величины, нагрузка на индентор выдерживается в определенном интервале времени (обычно 10-15 с для сталей). Затем снимают приложенную нагрузку, отводят образец от индентора и измеряют диаметр получившегося отпечатка. В качестве инденторов используются шарики из твердого сплава диаметром 1; 2,5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала, который разделен на 5 основных групп:
1 — сталь, никелевые и титановые сплавы;
2 — чугун;
3 — медь и сплавы меди;
4 — легкие металлы и их сплавы;
5 — свинец, олово.
Кроме этого, вышеприведенные группы могут разделяться на подгруппы в зависимости от твердости образцов. При выборе условий испытаний следят за тем, чтобы толщина образца, как минимум, в 8 раз превышала глубину вдавливания индентора. И еще важно контролировать диаметр отпечатка, который должен находиться в пределах от 0,24D до 0,6D.
Твёрдость по Бринеллю HBW рассчитывается как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка (метод восстановленного отпечатка):
,
где
—
приложенная нагрузка, Н;
—
диаметр
шарика, мм;
—
диаметр
отпечатка, мм,
или как отношение приложенной нагрузки к площади внедренной в материал части индентора (метод невосстановленного отпечатка):
,
где
—
глубина внедрения индентора, мм.
Метод Виккернеса заключается во вдавливании в испытуемый материал правильной етырёхгранной алмазной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями.
Твёрдость по Виккерсу вычисляется путём деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов. Твёрдость по Виккерсу во всех случаях обозначается буквами HV без указания размерности — МПа (кгс/мм²). Основными параметрами при измерении твёрдости по Виккерсу являются нагрузка Р до 980,7 Н (100 кгс) и время выдержки 10—15 с.
Ограничения классических методов измерения твердости:
Необходимость замерять отпечаток с помощью оптического микроскопа для определения твердости.
Невозможность правильного определения твердости для материалов с большим коэффициентом упругого восстановления.
Невозможность определения твердости для твердых керамических материалов – при больших нагрузках возникают трещины, при малых не виден отпечаток.
Искажение отпечатка из-за наплывов материала его краям или «вовлечения» материала вглубь отпечатка.
Невозможность определения твердости тонких пленок и отдельных структурных составляющих.
