Определение микротвердости

 

Данное исследование проводят с помощью микротвердомеров типа ПМТ-3 и подобных приборов. Предварительно на боковой поверхности гвоз­дя, болта или другого исследуемого изделия отшлифовывают площадку (шлиф). Нанесение отпечатка и его измерения обычно проводят в одной зо­не не менее 8-10 раз, после чего рассчитывают среднее значение микротвердос­ти.

В таблице 1.23 приведены результаты измерений микротвердости болтов М 12, полученные на приборе ПМТ-3М. Измерения проводились по методу Виккерса, с наконечником - четырехгранной алмазной пирами­дой; нагрузка на пирамиду составляла 0,1 кгс. Болты, а также гайки М 10 предварительно нагревали в муфельной печи в динамическом режиме со скоростью 4-6 град/мин. Полученная зависимость изменения величины НF (твердости по Виккерсу) от максимальной температуры нагрева показана на рис.1.64.

Таблица 1.23

Результаты измерения микротвердости болтов М 12

После их нагрева в динамическом режиме

(10 параллельных измерений каждого образца)

Тmax нагрева, 0С	dср. отпечатка, мкм	Dd, мкм	Е, %	HF
исходный	32,0	0,8	2,4	181,3
	33,5	0,9	2,6	166,4
	33,4	1,7	5,1	168,7
	32,9	0,4	1,3	173,5
	32,4	1,0	2,9	178,6
	35,7	0,6	1,6	146,4
	36,8	0,3	0,7	138,0
	45,3	1,2	2,7	90,7
	45,4	1,1	2,4	90,0

Рис. 1.64. Зависимость микротвердости (по Виккерсу) болтов (1) и гаек (2) от температуры нагрева их в муфельной печи (динамический нагрев со скоростью 5 град/мин)

Как видно из графиков (рис. 1.64), до 400-700 ⁰С из­ме­нение микротвердости не носит монотонного характера - она сначала не­сколько сни­жается (в интервале 20-100 ⁰С), а затем до 400-500 ⁰С (на стадии воз­врата) даже рас­­тет. И только с заметным развити­ем процесса рекристал­­лизации (в интервале тем­­ператур 400, 500-700 ⁰С) резко снижается. Очевидно, что по величине микротвер­дости на месте пожара мож­но отличить зоны с мак­си­маль­ной температурой нагрева до 400-500 ⁰С от зон различных термических поражений в тем­­пературном интервале 500-700 ⁰С. Более существенной ин­фор­­мации от этого ме­тода ждать, вероятно, не сле­дует.

У холоднодеформированной меди (материала жил медных проводов) микротвердость, по данным [149], последовательно снижается за счет протекания процессов рекристаллизации в интервале от 25 до 700 ⁰С. Относительная микротвердость уменьшается при этом от 1,0 до 0,6-0,7.

 

Металлография

 

Металлографическое исследование проводят на микроскопах, описанных в начале этой книги, после соответствующей подготовки шлифов. Микроструктура металла позволяет, даже без проведения количественных измерений, примерно оценить температурный интервал, в котором из­делие подвергалось нагреву на пожаре. На рис. 1.65 показана структура, характерная для холоднодеформированного изделия, - вытянутые зер­на, ориентированные в направлении приложения усилия при деформации, а также структуры, характерные для промежуточных этапов рекристал­лизации и равноосные зерна, возникающие в металле после завершения этого процесса.

Рис. 1.65. Изменение структуры холоднодеформированного металла при нагревании: а) холоднодеформированный металл; б) начало первичной рекристаллизации; в) завершение первичной рекристаллизации; г) рост зерна (собирательная рекристаллизация)

В [81, 63] впол­не справедливо от­ме­чается, что наличие вытянутых в од­ном направлении зе­рен свидетельствует о том, что температура нагрева на по­жаре была ниже 500 ⁰С (рекрис­тал­­лиза­ция еще не прошла). Появление на фоне вытянутых зерен мел­­ких равноосных зерен свидетельствует о начале процесса рекристаллизации, т.е. температуре наг­­рева 550-650 ⁰С. И, наконец, структура из одних мелких рав­ноосных зерен свидетельствует о завершенном процессе рекристаллизации, что обычно имеет место при температуре более 700 ⁰С.

Количественная оценка степени рекристаллизации возможна путем из­мерения геометрических размеров зерна и расчета так называемого “коэф­фициента формы” - среднего соотношения размеров зерен по горизон­тали и вертикали. Такие измерения - довольно трудоемкая работа, поэ­тому проводить их нужно на приборе, обеспечивающем хотя бы частичную автоматизацию измерений. Нами измерения выполнялись (ис­следования под руководством автора проводил слушатель СПбВПТШ С.П.Король) на микротвердомере ПМТ-3М, имеющем фотоэлектрический микрометр и связанное с ним электронно-вычислительное устройство. Методика измерений состояла в фиксации размеров примерно 20 зе­рен (в пределах наблюдаемой в окуляр части шлифа) по вертикали и 20 зерен по горизонтали с расчетом средних значений этих параметров L_i и L_j, мкм. Полученные для двух видов стальных изделий результаты представ­лены в таблице 1.24. Из приведенных данных видно, что коэффициент формы начинает заметно меняться при температуре выше 500 ⁰С, а к 800 ⁰С, с завершением процесса рекристаллизации, зерна становятся близки к равноосным (К=0,86-0,96).

 

 

Таблица 1.24

Изменение линейных размеров зерна и коэффициента формы зерна

(К) при нагревании холоднодеформированных стальных изделий

 

	Болты М12	Гайки М10
t, 0С	L i ср., мкм	L j ср., мкм	К	L i ср., мкм	L j ср., мкм	К
	9,6	22,5	0,33	11,5	18,9	0,61
	10,6	26,0	0,41	22,6	33,2	0,68
	9,4	27,9	0,34	22,9	34,2	0,67
	9,5	29,7	0,32	12,8	18,0	0,71
	9,6	27,7	0,35	11,3	18,1	0,62
	9,4	28,1	0,34	13,6	19,1	0,71
	11,5	23,5	0,49	12,9	17,1	0,75
	15,1	18,6	0,82	13,2	15,8	0,83
	20,8	24,9	0,86	32,5	33,9	0,96
	22,2	25,0	0,89	16,4	17,6	0,93

 

Холоднодеформированная медь до нагрева и рекристаллизации име­­ет мелкое зерно, также, в основном, продолговатой формы. После нагрева до температур выше 300 ⁰С наблюдается заметный рост зерен и изменение их формы до равноосной [149]. Относительный размер зерен при этом, по данным [149], последовательно возрастает в интервале температур 300-800 ⁰С от 0,2-0,3 до 1,0.

 

Рентгеноструктурный анализ

 

На целесообразность использования рентгеноструктурного анализа в исследовании холоднодеформированных стальных изделий, изъятых с места пожара, причем в качестве базового метода, указывается в работах Н.М.Граненкова с соавторами [63, 81]. Рентгеновская съемка выполняется для контрольного (исходного) образца изделия и исследуемого образца. По полученным результатам вычисляется значение относительной полуширины дифракционной линии 220 a_ср, исходя из которой определяется температура нагрева изделия на пожаре. При этом используется экспериментально полученная зависимость полуширины дифракционной линии В_отн. 220 a от температуры нагрева изделия (рис. 1.66). При В_отн., меньшем или равном 0,55, эта задача, как видно из рисунка, становится трудноразрешимой. В таких случаях для определения температуры нагрева необходимо применение дополнительных методов - количественной металлографии или измерения микротвердости.

Рис. 1.66. Зависимость полуширины дифракционной линии 220 a стали марки 20, холоднотянутой, от температуры нагрева [63]: 1 - шурупы; 2 - гвозди

Исследования авторы [63] рекомендуют проводить на рентгеновских дифрактомет­рах общего назначения, рент­геновская трубка с кобальтовым или железным ано­дом. Съемку образцов осуществляют по точкам методом набора числа импульсов за пос­тоянное время. Параметры съемки приведены ниже, в таб­лице 1.25.

 

 

Таблица 1.25

⇐ Предыдущая24252627282930313233Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: