1. BADANIE SPIEKÓW 1.1. Oznaczanie gęstości i porowatości
Transkrypt
1. BADANIE SPIEKÓW 1.1. Oznaczanie gęstości i porowatości
1. BADANIE SPIEKÓW 1.1. Oznaczanie gęstości i porowatości spieków Gęstością teoretyczną spieku jest stosunek jego masy do jego objętości rzeczywistej, to jest objętości całkowitej pomniejszonej o objętość porów. Gęstość teoretyczną spieku można określić po dokładnym jego sproszkowaniu w oparciu o wyniki pomiarów piknometrycznych ze wzoru D= [ G1 ⋅ d c g / cm3 G1 + G 2 − G 3 ] (1.1) gdzie: D - gęstość teoretyczna spieku [g/cm3], G1 - masa naważki sproszkowanego spieku [g], G2 - masa piknometru z cieczą [g], G3 - masa piknometru z cieczą i naważką sproszkowanego spieku [g], dc - gęstość cieczy [g/cm3]. Gęstością pozorną spieku jest stosunek jego masy do jego całkowitej objętości, łącznie z porami. W przypadku spieków o prostych kształtach całkowitą objętość można określić na podstawie wymiarów próbki. W przypadku próbek o skomplikowanych kształtach w celu pomiaru objętości są stosowane objętościomierze, w których określa się objętość wody wypartej przez przedmiot nasycony wodą. Gęstość pozorną można też wyznaczyć metodą ważenia hydrostatycznego ze wzoru R= [ G0 ⋅ d c g / cm3 G 4 − G5 ] (1.2) gdzie: R - gęstość pozorna [g/cm3], G0 - masa suchego spieku [g], G4 - masa spieku nasyconego cieczą [g], G5 - masa spieku zanurzonego w cieczy [g], G4 - G5 - masy wypartej cieczy [g], G4 − G5 - objętość wypartej cieczy równa objętości spieku [cm3]. dc Porowatość całkowita jest to wyrażony w procentach stosunek objętości porów otwartych i zamkniętych do całkowitej próbki. Porowatość otwarta jest to wyrażony w procentach stosunek porów otwartych, tzn. wolnych przestrzeni między ziarnami i cząstkami w spieku połączonych wzajemnie i z atmosferą, do całkowitej objętości próbki. Wychodząc z różnicy D − R, która wskazuje o ile masa l cm3 ciała nieporowatego jest większa od masy l cm3 ciała porowatego, wiadomo, że dla całkowitego zapełnienia porów l cm3 porowatego i przekształcenia go w ten sposób w ciało nieporowate należy dodać D − R nieporowatej substancji o gęstości równej D. Objętość V tej ilości nieporowatej substancji otrzymuje się przez podzielenie jej masy przez gęstość V= [ ] D−R cm3 D (1.3) Otrzymana wielkość stanowi sumaryczną objętość porów otwartych i zamkniętych zawartych w 1 cm3 spieku. Wyrażając ją w procentach otrzymuje się całkowitą porowatość P P= D−R ⋅100% D (1.4) Porowatość otwartą Po oblicza się ze wzoru Po = G4 − G0 ⋅100% G 4 − G5 (1.5) Znając porowatość całkowitą P i otwartą Po można określić procentową zawartość porów zamkniętych w spieku P, Pz = P − Po (1.6) Porowatość całkowitą spieków można również określić na zgładach metalograficznych stosując metody metalografii ilościowej. Porowatość otwartą i zamkniętą spieków można określić również metodami metalografii ilościowej. 1.2. Badania właściwości mechanicznych spieków Twardość spieków o jednorodnej budowie można mierzyć metodą Rockwella, Brinella i Vickersa. Pomiar twardości spieku poprzedza wyznaczenie klasy jego twardości na podstawie pomiaru twardości Vickersa HV5. Następnie z Tab. 1.1. dobiera się warunki pomiaru twardości spieku. Tabela 1.1. Warunki pomiaru jednorodnych spieków w zależności od ich klasy twardości HV5 Klasa twardości HV5 15 - 60 powyżej 60 - 105 powyżej 105 -180 powyżej 180 - 330 Powyżej 330 Warunki pomiaru HV5 HB 2,5/15, 625/30 HV10, HB 2,5/31, 25/15 HRF HV30 HB 2,5/62,5/10 HRB HV50 HB 2,5/187,5/10 HRA HV100 HB 2,5/187,5/10 HRA Rysunek 1.1. Próbka do badania wytrzymałości na rozciąganie spieków Wytrzymałość na rozciąganie spieków z materiałów plastycznych określa się na próbkach przedstawionych na Rys. 1.1. Wytrzymałość spieków wykonanych z materiałów nieplastycznych określa się jako wytrzymałość na zginanie. Wytrzymałość na zginanie na próbce o szerokości b = 12 mm, grubości h = 6 mm i długości 30 mm określa się za pomocą umieszczonego w maszynie wytrzymałościowej przyrządu do obciążania próbek składającego się z dwóch rolek podporowych (l) i trzpienia rolkowego (2) do wywierania nacisku na próbkę (Rys. 1.2) Rysunek 1.2. Przyrząd do badania próbek na zginanie 1-rolki podporowe, 2-trzpień rolkowy Wytrzymałość na zginanie oblicza się wg ze wzoru Rg = 3Fl , 2bh 2 gdzie: F - siła niszcząca [N], l - odległość między podporami [mm], b - szerokość próbki [mm], h - grubość próbki [mm]. (1.7) Rysunek 1.3. Schemat zgniatania promieniowego W niektórych przypadkach, np. przy ocenie pierścieni łożyskowych oznacza się wytrzymałość na zgniatanie promieniowe. Próbki o kształcie tulei są zgniatane pomiędzy dwoma płaskimi i równoległymi powierzchniami próbki siłami normalnymi do osi próbki (Rys. 1.3). Wytrzymałość na zgniatanie promieniowe K określa się ze wzoru: K= Fm (D − a ) , L ⋅ a2 (1.8) gdzie: Fm - największa siła zgniatająca, przy której następuje pęknięcie [N], D - średnica zwnętrzna próbki [mm], L - długość próbki [mm], a - grubość ścianki próbki [mm]. Rysunek 1.4. Schemat próby statycznej ściskania 1-przegubb kulisty, 2-górna płyta, 3 środek krzywizny przegubu, 4-próbka, 5-dolna płyta Umowną granicę plastyczności przy ściskaniu i wytrzymałość na ściskanie określa się na próbkach walcowych o średnicy φ 25 i wysokości 35 - 40 mm. Próbki są ściskane w maszynie wytrzymałościowej między dwiema płytami (Rys. 1.4). Umowną granicę plastyczności przy ściskaniu Rm, tzn. naprężenia powodujące skrócenie trwałe próbki 2% pierwotnej długości, określa się ze wzoru: R2 = F2 , S0 (1.9) gdzie: F2 - siła ściskająca powodująca trwałe skrócenie próbki 2% pierwotnej długości [N], S0 - powierzchnia przekroju poprzecznego próbki [mm2]. Wytrzymałość na ściskanie, tzn. naprężenie ściskające powodujące zniszczenie próbki, oblicza się ze wzoru: Rc = Fc , S0 (1.10) gdzie: F, - siła ściskająca powodująca zniszczenie próbki [N]. 2. Zagadnienia do opracowania 1. Co to jest gęstość teoretyczna? 2. Co to jest gęstość pozorna ? 3. Określić porowatość spiekanego kompozytu metodą siatki na podanych zgładach metalograficznych a) b) c) 4. Znając porowatość obliczyć gęstość pozorną spieku o gęstości teoretycznej D = 7,1 g/cm3 5. Jakimi jeszcze metodami bada się spiekane kompozyty?