Методы определения твёрдости материалов. Проводниковые материалы
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ульяновский государственный университет
Институт экономики и бизнеса
Кафедра экономики и организации производства
Контрольная работа
по дисциплине: Материаловедение
Ульяновск, 2011
Содержание
1. Методы определения твердости материалов
2. Проводниковые материалы
Список используемой литературы
1. Методы определения твердости материалов
Твёрдость материалов
Твёрдость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела - индентора.
Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади или объему поверхности отпечатка. Различают поверхностную и объемную твёрдость:
поверхностная твёрдость - отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка;
объёмная твёрдость - отношение нагрузки к объёму отпечатка.
Различают также восстановленную и невосстановленную твёрдость. Восстановленная твёрдость определяется как отношение нагрузки к площади или объему отпечатка, а невосстановленная твёрдость определяется как отношение силы сопротивления внедрению индентора к площади или объему внедренной в материал части индентора.
Твёрдость измеряют в трёх диапазонах: макро, микро, нано. Макродиапазон регламентирует величину нагрузки на индентор от 2 Н до 30 кН. Микродиапазон регламентирует величину нагрузки на индентор до 2 Н и глубину внедрения индентора больше 0,2 мкм. Нанодиапазон регламентирует только глубину внедрения индентора, которая должна быть меньше 0,2 мкм. Часто твердость в нанодиапазоне называют нанотвердостью.
Измеряемая твердость, прежде всего, зависит от нагрузки, прикладываемой к индентору. Такая зависимость получила название размерного эффекта, в англоязычной литературе - indentation size effect. Характер зависимости твердости от нагрузки определяется формой индентора:
для сферического индентора - с увеличением нагрузки твердость увеличивается - обратный размерный эффект (reverse indentation size effect);
для индентора в виде пирамиды Виккерса или Берковича - с увеличением нагрузки твердость уменьшается - прямой или просто размерный эффект (indentation size effect);
для сфероконического индентора (типа конуса для твердомера Роквелла) - с увеличением нагрузки твердость сначала увеличивается, когда внедряется сферическая часть индентора, а затем начинает уменьшаться (для сфероконической части индентора).
Косвенно твердость также может зависеть от:
межатомных расстояний;
координационного числа - чем выше число, тем выше твёрдость;
валентности;
природы химической связи;
от направления (например, минерал дистен - его твёрдость вдоль кристалла 4, а поперёк - 7);
хрупкости и ковкости;
гибкости - минерал легко гнётся, изгиб не выпрямляется (например, тальк):
упругости - минерал сгибается, но выпрямляется (например, слюды);
вязкости - минерал трудно сломать (например, жадеит);
спайности и ряда других физико-механических свойств материала.
Наиболее твёрдыми из существующих на сегодняшний день материалов являются две аллотропные модификации углерода - лонсдейлит, на 58 % превосходящий по твёрдости алмаз и фуллерит (примерно в 2 раза твёрже алмаза). Однако практическое применение этих веществ пока маловероятно. Самым твёрдым из распространённых веществ является алмаз (10 единиц по шкале Мооса, см. ниже).
Методы измерения твёрдости
Методы определения твёрдости по способу приложения нагрузки делятся на: 1) статические и 2) динамические (ударные).
Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения):
Метод Бринелля - твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части сферы, а не как площадь круга (твердость по Мейеру)); размерность единиц твердости по Бринеллю Па (кг-с/мм). Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B - Бринелль.
Метод Роквелла - твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 ? kd, где d - глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k - коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу соответствует HR 100.
Метод Виккерса - твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба); размерность единиц твёрдости по Виккерсу кг-с/мм. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV.
Метод Шора (Метод вдавливания): - твёрдость определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (инденто