Теоретичні відомості.

Міністерство освіти і науки України

Технічний коледж НУ“Львівська політехніка”

Інструкції та методичні вказівки для

Оформлення лабораторних робіт з курсів

“Електротехнічні та конструкційні матеріали”

“Матеріалознавство та обробка матеріалів”

“Матеріалознавство та матеріали ЕА”

“Матеріалознавство та елементна база РЕА”

За допомогою MS Excel

Склав: к.т.н. Богдановський Ю.М.

Львів –2015

Зміст

ЛР № 1. Визначення твердості матеріалів за методом Роквела. 3

ЛР № 2. Визначення твердості матеріалів за методом Брінелля. 12

ЛР № 5. Визначення температурного коефіцієнту опору матеріалів. 16

ЛР № 6. Вимірювання діелектричної проникності твердих ізоляційних матеріалів. 28

ЛР № 7. Вивчення властивостуй феромагнітних матеріалів. 33

ЛР № 8. Вимірювання питомого поверхневого опору тонких плівок на.. 43

ЛР № 9. Визначення ширини забороненої зони германію та кремнію методом зміщення р-п переходу в прямому напряму. 50

ЛР №10. Вимірювання термоелектрорушійної сили і визначення температур кристалізації матеріалів 64

ЛР № 11. Вимірювання питомого об’ємного та поверхневого опорів твердих діелектриків. 69

ЛР № 12. Визначення коефіцієнта лінійного термічного розширення твердого тіла.. 74

ЛР № 13. Дилатометричний метод дослідження сталі. 81

ЛР № 14. Вивчення процесу розряду конденсатора.. 90

ЛР №15. Визначення складу сплаву за кривою охолодження.. 99

ЛР № 1. Визначення твердості матеріалів за методом Роквела.

Теоретичні відомості.

В цьому методі твердість визначається за глибиною відбитка, одержаного при вдавлюванні алмазного конуса або стальної кульки. Це дозволяє змінювати навантаження в широких межах без зміни значення твердості в зв”язку з тим, що при вдавлюванні конуса зберігається закон подібності, а умови деформації під вершиною конуса (кульки) із збільшенням тиску не змінюються.

Прилад вимірює глибину відбитка алмазного конуса (кульки) або, точніше, різницю між глибиною відбитків, одержаних від вдавлювання індентора під дією основного равантаження і від вдавлювання від попереднього навантаження. Кожна поділка індикатора відповідає глибині вдавлювання 2 мкм. Однак стрілка індикатора показує не глибину вдавлювання Н, а величину 100-Н по чорній шкалі при вимірюванні алмазним конусом і величину 130-Н по червоній шкалі при вимірюванні кулькою. Чим твердіший матеріал, тим менше Н, тим більше повинно бути число твердості.

При вимірюванні твердості за Роквелом спочатку подається попереднє навантаження (10 кГс = 98 Н). Попереднє навантаження проводять для того, щоб позбутися впливу пружньої деформації і різної степені шорсткості поверхні зразка на результати вимірювань.

Твердість за Роквелом можна вимірювати:

1) алмазним конусом з загальним навантаженням 150 кГс. В цьому випадку твердість позначається HRC (H – твердість, R – Роквел, С – шкала індикатора);

2) алмазним конусом із загальним навантаженням 60 кГс. В цьому випадку твердість позначається НRA.Числа НRA можна перевести на числа HRC за формулою:

HRC = 2HRA – 104;

3) стальною кулькою із загальним навантаженням 100 кГс. Твердість в цьому випадку позначається НRB. Діаметр стальної кульки становить 1, 588 мм.

Відстань від центра відбитка до краю зразка або до центру іншого відбитка не повинна бути менше 1, 5 мм при вдавлюванні конуса і не менше 4 мм при вдавлюванні кульки. Товщина зразка повинна бути не менше 10-кратної глибини відбитка.

Порядок роботи на приладі.

Підготовлений зразок встановлюється на столик і поворотом маховика за годинниковою стрілкою піднімають столик до початку руху стрілок на індикаторі. На циферблаті індикатора нанесені дві шкали (чорна, суміщена С і А, та червона –В) і є дві стрілки – велика (вказівник твердості) та маленька – для контролю величини попереднього навантаження, яке подається вручну. Піднімання столика поворотом маховика здійснюється доти, поки маленька стрілка не суміститься з нанесеною на індикаторі червоною рискою (велика стрілка повинна стати вертикально вгору). Це значить, що індентор вдавлений у зразок силою Р=10 кГс. Потім плавно звільняють важіль і подають на зразок основне навантаження. При цьому велика стрілка обертається проти годинникової стрілки. Час прикладання основного навантаження 3-6 с. Після цього важіль плавно переводять в початковий стан, знімаючи основне навантаження, але залишаюче попереднє. При цьому велика стрілка індикатора обертається за годинниковою стрілкою до певного значення, яке і є числом твердості за Розвалом. Це значення фіксується. Відлік результатів здійснюється при дії попереднього навантаження. Зафіксувавши покази, столик приладу опускають разом із зразком.

Порядок виконання роботи.

1. Ознайомитись з будовою твердоміра.

2. Виміряти твердість зразків матеріалів.

3. Одержані дані занести в таблицю.

№ зразка

Параметри зразка

Твердість

HRВ

Sn

a

a%

D1

D2

HRВ

Таблиця може вигладати так:

Рис.1.

4. По даних вимірювань розрахувати середнє значення, дисперсію довірчий інтервал (при наявності промахів повторити розрахунки.

а) Середнє арифметичне

;

б) Середня квадратична похибка для окремого спостереження

;

в) Середня квадратична похибка середнього арифметичного

;

г) Довірчий інтервал , де - критерій Стьюдента.

д) Визначення промахів спостережень

;

Коефіцієнти Стьюдента Визначення промахів спостережень

n				n
2	6, 31	12, 7	3	1, 41	1, 41
3	2, 92	4, 3	4	1, 64	1, 69
4	2, 35	3, 1	5	1, 79	1, 87
5	2, 13	2, 78	6	1, 89	2, 00
6	2, 02	2, 57	7	1, 97	2, 09
7	1, 94	2, 45	8	2, 04	2, 17
8	1, 89	2, 36	9	2, 10	2, 24
9	1, 86	2, 31	10	2, 15	2, 29
10	1, 83	2, 26	11	2, 19	2, 34

Для розрахунків будемо користуватись функціями Excel: п.4а) – СРЗНАЧ (AVERAGE);

п.4б) – СТАНДОТКЛОН (STDEV); п.4г) – СТЬЮДРАСПОБР (TINV)

Виділяемо комірку Е3 і набираємо послідовно:

Вставка – функція – статистичні – СРЗНАЧ

Рис. 2.

Виділяємо значення, для яких потрібно знайти середне арифметичне (В2: В6), і ОК.

Рис.3.

Рис.4.

Ті самі дії повторюємо з діапазоном С2: С6.

Рис.5.

Для знаходження СКВ (середне квадратичне відхилення) наюираємо послідовно у комірці F3:

Вставка – функція – статистичні – СТАНДОТКЛОН

Рис.6.

Виділяємо діапазон В2: В6, ОК

Рис.7.

Ті самі дії повторюємо з діапазоном С2: С6.

Для визначення числа цифр після коми виділяємо комірку (F4), клікаємо правою клавішею, вибираємо: формат ячеек – числовой і встановлюємо “Число десятичных знаков” - 3.

Рис.8

Рис.9.

Для знаходження п.4в) (Sa) набираємо в комірці G3 формулу,

Рис.10.

і після ОК і подовження отримаємо:

Рис.11.

Для визначення довірчого інтервалу знаходимо коефіцієнт Стьюдента за таблицею

або за функцією Excel СТЬЮДРАСПОБР.

Рис.12.

Вибираємо “Вероятность”- 0, 05; число степенів свободи дорівнює числу вимірів мінус одиниця, тобто 4

Рис.13.

Для визначення довірчого інтервалу достатньо перемножити комірки G3 i H3.

Рис 14.

Для визначення промахів спостережень знаходимо максимальні відхилення вимірів від середнього арифметичного. В нашому випадку це буде 3, 72 для міді і 2, 98 для заліза.

Рис.15.

Згідно з таблицею, для п‘яти вимірів при надійності 0, 95 Vпр=1, 87. Таким чином, для міді значення 13, 1 є промахом, для заліза – 55, 8 – ні.

5. За допомогою мікроскопа визначити діаметри відбитків при попередньому (D₁) та основному навантаженнях (D₂).

6. Вивести формулу для визначення глибини відбитків по вимірах D₁ та D₂, враховуючи, що кут при вершині алмазного конуса дорівнює 120^о (діаметр кульки –1, 59 мм). Розрахувати по виведеній формулі h₁ i h₂. Підставити значення h₁ і h₂ (у мкм) до формули:

HRC = 100 – (h₂ – h₁)/2

HRB = 130 – (h₂ – h₁)/2

Виводимо формулу залежності глибини відбитка від діаметра відбитка для кульки.

Рис.2

Для визначення глибини лунки скористаємося теоремою Піфагора: накреслимо лунку в діаметральному перерізі (рис.2). Позначимо на цьому кресленні діаметр лунки, яку утворює кулька при втискуванні у зразок. Проведемо один з радіусів перпендикулярно до діаметра лунки, а другий − до до одного з кінців діаметра лунки. Звідси видно, що утворився прямокутний трикутник з катетами D/2-h та d/2 і гіпотенузою D/2. Звідси:

;

= − ;

= ;

Враховуючи, що одна поділка має 25 мкм, а діаметр кульки становить 64 поділки, формула для визначення HRB_опт. приймає вигляд:

7. Провести аналіз одержаних результатів і зробити висновки.