Вопрос 1.Опишите точечные дефекты кристаллического строения металлов. Каково их влияние на свойства? (стр. 1 )

ВОПРОС 1.Опишите  точечные дефекты кристаллического строения металлов. Каково их влияние на свойства?

ОТВЕТ:Классификация дефектов кристаллической решетки металлов

В реальном кристалле всегда имеются дефекты строения (несовершенства).

Вопрос:  Точечные дефекты и их влияние на свойства материалов. Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на 4 – е группы:

Точечные (нульмерные); Линейные (одномерные); Поверхностные (двухмерные); Объемные (трехмерное).

2. Точечные дефекты

Эти дефекты малы во всех трех измерениях и размеры их не превышают нескольких атомных диаметров.

К точечным дефектам относят вакансии («дырки» – дефекты Шоттки), межузельные атомы (дефекты Френкеля), примесные атомы образующие твердые растворы внедрения и замещения.

Вакансии образуются в результате перехода атомов из узлов решетки на поверхность, или их полного испарения с поверхности кристалла (рис. 1).

С повышением температуры концентрация вакансий возрастает.

Межузельные атомы – эти дефекты образуются в результате перехода атома из узла решетки в междоузлие (на месте атома образуется вакансия). В металлах возникают очень трудно, связано с большими затратами энергий на переход атома в междоузлие.

Атомы примесей присутствующие даже в самом чистом металле, как правило, образуют твердые растворы (рис. 2)

Рисунок 1. Схема точечных дефектов в кристалле:

l – примесный атом замещения; 2 – дефект Шоттки; 3 – примесный атом внедрения; 4 – дивакансия; 5 – дефект Френкеля (вакансия и межузельный атом); 6 – примесный атом замещения

Рисунок 2. Схема точечных дефектов в кристалле (на примере решетки ОЦК):

l – чистый металл; 2 – твердый раствор замещения; 3 – твердый раствор внедрения

Точечные (нульмерные) дефекты являются центрами локальных искажений в кристаллической решетке. Однако заметные искажения решетки (смещение атомов), окружающие нульмерный дефект, создается только на расстояниях нескольких атомных диаметров (составляют доли межатомного расстояния).

Дефекты Шоттки и Френкеля оказывают влияние на свойства металлов: электропроводность, магнитные свойства, предопределяют процесс диффузии в металлах, кроме того, точечные дефекты взаимодействуют с линейными дефектами, оказывают заметное влияние на механические свойства. Влияние дефектов  зависит от расположения дефектов.

ВОПРОС 2. Что такое твердость? Назовите переносные приборы для  измерения твердости. Опишите особенности  определения твердости с помощью этих приборов.

ОТВЕТ:

1.1 Что такое твердость?

Под твердостью понимают сопротивление материала проникновению в него другого более твердого тела.

Общий принцип определения  твердости заключается в том что, инденторт  внедряется в поверхность материала,  который нужно испытать под определенной  нагрузкой на установленный интервал времени. Определение твердости осуществляется по известным размерам или глубины отпечатка.

Твердость – не фундаментальное свойство материала, а реакция на определенный метод испытаний. В основном, величины твердости произвольны, и не имеется  никаких абсолютных стандартов для твердости.

Твердость не имеет никакого количественного значения, кроме как в условиях данной нагрузки, применяемой определенным, воспроизводимым способом и с указанной формой индентора.

Статическое определение твердости вдавливанием, при котором шарик, конус или  пирамида проникает в поверхность материала, является широко распространенным испытанием. Отношение нагрузки к площади поверхности или глубине отпечатка – число твердости, получаемое с твердомерами по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу или Кнупу.

Различные методы и инденторы различной формы, использованные, например,

Бринеллем и Роквеллом поставляют несходные реакции материала на испытание.

Таблицы соотношения чисел твердости HRC и HB – только приближения – не существует математических уравнений, чтобы перейти от одной шкалы к другой.

Так называемые таблицы соотношения между числами твердости, определенными  различными методами, содержат значения определенные эмпирически экспериментальной оценкой для определенного материала твердости различными

методами испытаний. Для сравнения твердости двух различных образцов, оба должны быть испытаны, используя одну и ту же шкалу твердости, или шкала  должна быть разработана, чтобы переходить от одного способа измерения к другому.

1.2 Для чего необходимо испытание на твердость?

Материалы в производстве, прежде всего, испытываются по двум причинам: 1)

чтобы исследовать характеристики нового материала или 2) для проверки

1.3 Испытание твердости на месте

ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ПРИБОРЫ: переносной прибор Польди, . Твердомеры Krautkramer DynaMIC или DynaPOCKET, ТЭMП-2у, ТПКМЭ-20-96,  Ультразвуковой твердомер МЕТ-У1А, Динамический твердомер МЕТ-Д1А, Комбинированный твердомер МЕТ-УДА

При использовании стационарных твердомеров подобных приборам Роквелла,

Бринеля или Виккерса требуется, чтобы испытываемый образец помещался под

измерительным устройством; что не всегда возможно. Переносные измерительные устройства разработаны для того, чтобы позволить проводить определение твердости не только в лаборатории, но и в полевых условиях.

Статический метод заключается в измерении сдвига частоты резонирующего стержня с пирамидкой Виккерса, который происходит, когда ромб проникает в испытательный материал, применяя определенную пробную нагрузку при испытании. Частота сдвига оценивается и с помощью электроники преобразуется к величине твердости, отображаемой на ЖК-индикаторе. Прибор Krautkramer MIC 10 работает согласно этому методу, так называемому UCI метод.

Другой известный принцип для переносных приборов для определения твердости

– метод отскока. Твердомеры Krautkramer DynaMIC или DynaPOCKET, например, измеряют скорость приведенного в движение ударного тела непосредственно до и после удара о поверхность испытываемого материала. Отношение между обеими

скоростями указывает твердость материала, которая может быть преобразована в различные шкалы, используя таблицы соотношения, сохраненные в приборе для  различных материалов.

2. UCI Метод (MIC 10, MIC 20)

Твердомер переносной ТЭMП-2у

Переносной твердомер предназначен для экспрессного измерения твердости различных изделий (из стали, чугуна, цветных металлов, резины и др. материалов) в производственных и лабораторных условиях по шкалам Бринелля (НВ), Роквелла (HRC), Виккерса (HV), Шора "D" (HSD), а также для определения пределов прочности и текучести, в том числе по ГОСТ 22761-77. Твердомер переносной ТЭМП-2у является усовершенствованным вариантом твердомера ТЭМП-2 с большим количеством шкал, позволяющим использовать его в первую очередь как трубный твердомер. Только переносной твердомер ТЭМП-2у позволяет точно измерить твёрдость, предел прочности и текучести тонкостенных труб разных диаметров с толщиной стенки менее 8 мм (а также листов и обечаек от 2 мм и выше), при этом используется специальная методика, разработанная в "Технотест". Твёрдость труб с толщиной стенки свыше 8 мм измеряется твердомером ТЭМП-2у напрямую без каких-либо дополнительных методик. Твердомер прошел Госиспытания (сертификат № 000), зарегистрирован в Государственном Реестре средств измерений ГОССТАНДАРТа России под № 000-96 и допущен к применению в Российской Федерации. Переносной твердомер ТЭМП-2у также зарегистрирован в Государственных Реестрах средств измерений ГОССТАНДАРТов Украины, Беларуси, Казахстана и в отраслевом Реестре средств измерений МПС РФ под № МТ-021.2000.
По техническим характеристикам и надежности программируемый твердомер ТЭМП-2у не уступает лучшим зарубежным аналогам.

Возможности переносного твердомера ТЭМП

твердомер позволяет проводить измерение твердости деталей, в том числе сложной формы и крупногабаритных изделий, имеющих труднодоступные зоны измерений, при различных пространственных положениях датчика прибора; высокая производительность, простота измерений и обслуживания твердомера; диагностирование твердости эксплуатируемого оборудования твердомером с целью оценки его остаточного безопасного ресурса; электронный блок твердомера позволяет проводить усреднение результатов измерений, их ввод в буфер памяти и последующий вывод из него на дисплей твердомера или на компьютер, распечатка данных на принтере в виде протокола либо сохранение их в виде файла; твердомер имеет энергонезависимую память 64-х программируемых шкал твердости и до 255 усредненных результатов измерений твердости; твердомер позволяет программировать (калибровать) шкалы твердости с его клавиатуры или при помощи компьютера и программы на компакт-диске. При этом используются поставляемые с твердомером кабели USB (порт COM). определение предела прочности на растяжение Rm (уB) твердомером путем автоматического пересчета с НВ по ГОСТ 22761-77 для углеродистых сталей перлитного класса; самоотключение твердомера, индикация ресурса батарей питания; подсветка дисплея твердомера обеспечивает устойчивую работу при низких (до минус 20°С) температурах и в неосвещенных местах; графический ЖКИ позволяет отслеживать все действия пользователя при работе с твердомером (усреднение, работа с памятью, положение датчика, программирование, разряд батарей, включение и выключение подсветки); твердомер может комплектоваться специальными датчиками разного назначения, в том числе спецдатчиком с удлиненной насадкой, позволяющим измерять твердомером твердость шестерен с модулем четыре и выше во впадинах, и по эвольвенте зуба, а также твердость шкивов, пазов под шпонки, труднодоступных мест, например зон термического влияния у сварных валиков на трубах.

Технические характеристики переносного твердомера

Диапазоны измерений твердости по шкалам:
Бринелля, НВ 100 - 450;
Роквелла, HRC 22-68;
Виккерса, HV 100-950;
Шора, HSD 22-99
Для резины 20-80 по Шору А
При необходимости шкалы твердости и указанные диапазоны шкал могут быть расширены Минимальная толщина измеряемого изделия, мм 2 Погрешность показаний твердомера не более, % 3 Время одного измерения, не более, сек 1 Число измерений, усредняемых твердомером от 3 до 100 Максимально возможное общее количество записанных шкал 64 Программируемое время подсветки ЖКИ твердомера после измерения или нажатия кнопки, сек 0, 15 или вкл. постоянно Рабочий диапазон температур, ° С от -20 до 60 Время непрерывной работы твердомера на 2-х элементах типа АА (по 1,5В) не менее, час 120 Шероховатость контролируемой поверхности не более, Ra 2,5 Время до автоматического отключения твердомера, мин 1,5 Габаритные размеры, мм 30х65х135 Масса твердомера в пластмассовом корпусе, кг 0,22

Твердомер внесен в ряд РД разных отраслей промышленности России, в том числе и в РД, утвержденных Госгортехнадзором РФ, в частности: