1. BADANIE SPIEKÓW 1.1. Oznaczanie gęstości i porowatości spieków

Transkrypt

1 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 1 3 [ g / ] G d D = (1.1) G + 1 c cm G G3 gdzie: D - gęstość teoretyczna spieku [g/cm 3 ], G 1 - masa naważki sproszkowanego spieku [g], G - masa piknometru z cieczą [g], G 3 - masa piknometru z cieczą i naważką sproszkowanego spieku [g], d c - gęstość cieczy [g/cm 3 ]. 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 [ g / ] G0 R = dc cm (1.) G G gdzie: R - gęstość pozorna [g/cm 3 ], G 0 - masa suchego spieku [g], G 4 - masa spieku nasyconego cieczą [g], G 5 - masa spieku zanurzonego w cieczy [g], G 4 - G 5 - masy wypartej cieczy [g], G 4 G 5 - objętość wypartej cieczy równa objętości spieku [cm 3 ]. 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 cm 3 ciała nieporowatego jest większa od masy l cm 3 ciała porowatego, wiadomo, że dla całkowitego zapełnienia porów l cm 3 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

2 3 [ cm ] D R V = (1.3) D Otrzymana wielkość stanowi sumaryczną objętość porów otwartych i zamkniętych zawartych w 1 cm 3 spieku. Wyrażając ją w procentach otrzymuje się całkowitą porowatość P D R P = 100% (1.4) D Porowatość otwartą P o oblicza się ze wzoru G4 G0 Po = 100% (1.5) G4 G5 Znając porowatość całkowitą P i otwartą P o można określić procentową zawartość porów zamkniętych w spieku P, P = P (1.6) z P o 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.. 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 dobiera się warunki pomiaru twardości spieku. Tabela 1.1. Warunki pomiaru jednorodnych spieków w zależności od ich klasy twardości HV5 Klasa twardości Warunki pomiaru HV HV5 HB,5/15, 65/30 powyżej HV10, HB,5/31, 5/15 HRF powyżej HV30 HB,5/6,5/10 HRB powyżej HV50 HB,5/187,5/10 HRA Powyżej 330 HV100 HB,5/187,5/10 HRA

3 Rysunek 1.1. Próbka do badania wytrzymałości na rozciąganie spieków Wytrzymałość na rozciąganie spieków z materiałów plastycznych określa się na próbkach przedstawionych na Rys Wytrzymałość spieków wykonanych z materiałów nieplastycznych określa się jako wytrzymałość na zginanie. Wytrzymałość na zginanie na próbce o szerokości b = 1 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 () do wywierania nacisku na próbkę (Rys. 1.) Rysunek 1.. Przyrząd do badania próbek na zginanie 1-rolki podporowe, -trzpień rolkowy Wytrzymałość na zginanie oblicza się wg ze wzoru 3Fl R g =, (1.7) bh gdzie: F - siła niszcząca [N], l - odległość między podporami [mm], b - szerokość próbki [mm], h - grubość próbki [mm].

4 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 ( D a) F L a m =, (1.8) gdzie: F m - 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, -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 5 i wysokości mm. Próbki są ściskane w maszynie wytrzymałościowej między dwiema płytami (Rys. 1.4). Umowną granicę plastyczności przy ściskaniu R m, tzn. naprężenia powodujące skrócenie trwałe próbki % pierwotnej długości, określa się ze wzoru: F R =, (1.9) S0 gdzie: F - siła ściskająca powodująca trwałe skrócenie próbki % pierwotnej długości [N],

5 S 0 - powierzchnia przekroju poprzecznego próbki [mm ]. Wytrzymałość na ściskanie, tzn. naprężenie ściskające powodujące zniszczenie próbki, oblicza się ze wzoru: gdzie: F, - siła ściskająca powodująca zniszczenie próbki [N]. F c R c =, (1.10) S0. Zagadnienia do opracowania 1. Co to jest gęstość teoretyczna?. Co to jest gęstość pozorna? 3. Określić porowatość spiekanego kompozytu metodą siatki na podanych zgładach metalograficznych a)

6 b) c) 4. Znając porowatość obliczyć gęstość pozorną spieku o gęstości teoretycznej D = 7,1 g/cm 3 5. Jakimi jeszcze metodami bada się spiekane kompozyty?