LABORATORIUM Ceramika Narz dziowa

1. 2. 3. 4. 5. 6.

ANALIZA WYBRANYCH UKŁADÓW RÓWNOWAGI FAZOWEJ .................2 IDENTYFIKACJA WYBRANYCH CERAMICZNYCH I KOMPOZYTOWYCH MATERIAŁÓW NARZ DZIOWYCH SKRAWAJ CYCH.....................................4 BADANIA STRUKTURALNE, ILO CIOWA ANALIZA MIKROSTRUKTURY NARZ DZIOWYCH MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH....................................7 POMIAR TWARDO CI I ODPORNO CI NA KRUCHE P KANIE WYBRANYCH CERAMICZNYCH MATERIAŁÓW NARZ DZIOWYCH PRZEZNACZONYCH NA OSTRZA SKRAWAJ CE.........................................10 CHARAKTERYSTYKA ZIAREN CIERNYCH WYBRANYCH CERAMICZNYCH MATERIAŁÓW CIERNYCH ............................................17 NARZ DZIA CIERNE: SPOJONE I NASYPOWE.......................................19

Opracowała: dr in . Aneta Szewczyk Nykiel Kraków 2004

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

LABORATORIUM Ceramika Narz dziowa wiczenie 1 ANALIZA WYBRANYCH UKŁ ADÓW RÓWNOWAGI FAZOWEJ Cel wiczenia Zapoznanie si z podwójnymi i pseudopodwójnymi układami równowagi fazowej, w obr bie których wytwarzane s ceramiczne materiały narz dziowe oraz materiały narz dziowe na osnowie fazy wi cej (w gliki spiekane i cermetale narz dziowe). Zakres wymaganych wiadomo ci

Ceramiczne materiały narz dziowe – ogólna charakterystyka, zastosowanie. Materiały narz dziowe na osnowie fazy wi cej: w gliki spiekane i cermetale narz dziowe – zastosowanie. Wpływ tlenkowych dodatków technologicznych oraz dodatków modyfikuj cych na przebieg procesu spiekania i wła ciwo ci u ytkowe spieków Al2O3. Interpretacja jednoskładnikowych (zakresy trwało ci odmian polimorficznych SiO2, Al2O3, ZrO2, TiO2) i dwuskładnikowych układów równowagi fazowej.

Materiały i urz dzenia

Zestawy układów równowagi fazowej.

Przebieg wiczenia

1. Zapozna si z otrzymanym zestawem wybranych podwójnych i pseudopodwójnych układów równowagi fazowej. Ka dy zestaw zawiera 3 układy równowagi fazowej, po jednym z ka dej z nast puj cych grup: a) tlenek glinu (Al2O3) - wybrany tlenek, b) tlenek – tlenek, c) w giel, azot – metal przej ciowy (wyj tek stanowi bor i krzem). 2. Przeprowadzi analiz ka dego z otrzymanych układów. 3. Opisa otrzymane układy. 4. Na podstawie analizy układów: a) okre li fazy i ewentualne eutektyki wyst puj ce w obr bie danego układu, b) poda temperatury topnienia poszczególnych faz i eutektyk. Dodatkowo dla układu Al2O3 - wybrany tlenek: a) okre li przybli one temperatury spiekania dla nast puj cych składów chemicznych: Al2O3 + 5 % oraz Al2O3 + 10 % udziału wybranego tlenku, b) przedstawi przypuszczalny wpływ dodatku tego tlenku na przebieg procesu spiekania i własno ci spieku Al2O3. 5. Przedstawi przykłady zastosowania materiałów opartych na otrzymanych podwójnych i pseudopodwójnych układach równowagi fazowej. 6. Wymieni inne układy podwójne i pseudopodwójne, w obr bie których wytwarzane s narz dzia ceramiczne, cermetale narz dziowe czy te materiały kompozytowe i supertwarde. Poda przykłady ich zastosowania.

Wytyczne do Sprawozdanie powinno zawiera : opracowania 1. opisane podwójne i pseudopodwójne układy równowagi fazowej, sprawozdania 2. odpowiedzi na punkty 4 – 6 zawarte w cz ci „Przebieg wiczenia”.

2

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: „Ceramika narz dziowa”, „Tworzywa ceramiczne i kompozyty” T. Gibas: „Korund i jego zastosowanie w technice” T. Gibas: „Spieki ceramiczne i cermetale” S. Stolarz: „Wysokotopliwe zwi zki i fazy”

3

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

LABORATORIUM Ceramika Narz dziowa wiczenie 2 IDENTYFIKACJA WYBRANYCH CERAMICZNYCH I KOMPOZYTOWYCH MATERIAŁ ÓW NARZ DZIOWYCH SKRAWAJ CYCH Cel wiczenia Opanowanie umiej tno ci okre lania rodzaju wybranych niemetalowych materiałów narz dziowych z punktu widzenia cech zewn trznych i wła ciwo ci fizycznych tworzywa. Zapoznanie si z metod pomiaru g sto ci pozornej materiałów ceramicznych. Zakres wymaganych wiadomo ci

Materiały narz dziowe na osnowie fazy wi cej: w gliki spiekane i cermetale narz dziowe – ogólna charakterystyka, wła ciwo ci, zastosowanie. Ceramiczne materiały narz dziowe – ogólna charakterystyka, wła ciwo ci, zastosowanie. Wpływ dodatków technologicznych i modyfikuj cych na przebieg procesu spiekania i wła ciwo ci u ytkowe spieków Al2O3. Rodzaje powłok przeciwzu yciowych nanoszonych na podło e z w glików spiekanych oraz cermetali narz dziowych. Metodyka bada wła ciwo ci fizycznych ceramicznych materiałów narz dziowych.

Materiały i urz dzenia

Zestaw płytek narz dziowych składaj cy si z dwóch grup: a) płytki narz dziowe nie powlekane ceramiczne, z w glików spiekanych i cermetali narz dziowych, b) płytki narz dziowe z w glików spiekanych i cermetali narz dziowych z powłokami przeciwzu yciowymi. Rodzaje próbek udost pnionych do zaj laboratoryjnych: Al2O3 Al2O3 + TiC Al2O3 + ZrO2 Al2O3 + TiC + TiN Al2O3 + Cr2O3 Al2O3 + TiC + TiN + ZrO2 Al2O3 + CoO B4C Al2O3 + MgO SiC Si3N4 + dodatki ułatwiaj ce spiekanie w gliki spiekane, cermetale narz dziowe TiC + TiN + Mo2C + Ni, w gliki spiekane, cermetale narz dziowe z powłokami: TiN, TiC, Ti(C,N), Al2O3, materiały supertwarde: Cd + Ti, cBN – TiC, Elektroniczna waga analityczna z zestawem do pomiaru g sto ci na powietrzu i w wodzie z dokładno ci wa enia do 0,001 g. Termometr z podziałk 0,5°C. Tabela g sto ci wody (w zale no ci od temperatury pomiaru). Tablice, katalogi firmowe producentów narz dzi skrawaj cych.

Przebieg wiczenia

1. Przeprowadzi wizualn obserwacj wszystkich otrzymanych płytek narz dziowych, bior c pod uwag ich zabarwienie, faktur . Wyniki obserwacji 4

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

zamie ci w tabeli. Lp. (numer płytki) Zabarwienie

Faktura

Kształt (ewentualnie szkic)

2. Dla pierwszej grupy płytek narz dziowych (niepowlekanych) wyznaczy g sto pozorn z zastosowaniem metody hydrostatycznej. W tym celu nale y zwa y na wadze analitycznej z dokładno ci do 0,001 g – otrzymujemy warto mS. Przed ka dym pomiarem nale y zwraca uwag , na to aby waga była wytarowana. Nast pnie próbk trzeba zwa y w wodzie destylowanej o znanej temperaturze. W tym celu próbk nale y umie ci w koszyczku zanurzonym w wodzie. Wa y z dokładno ci do 0,001 g. Uzyskujemy w ten sposób warto mW. Podczas pomiaru nale y kontrolowa temperatur wody. Nast pnie nale y próbk wyj z wody i po usuni ciu nadmiaru wody z jej powierzchni niezwłocznie zwa y . Oznaczamy w ten sposób warto masy mN. G sto pozorn materiału próbki obliczy według wzoru. m ⋅d dV = S W mN − mW gdzie: dW - g sto wody w temperaturze pomiaru. Po dokonaniu odczytu temperatury wody, na podstawie tabeli okre li g sto wody. Wyniki pomiarów g sto ci pozornej zestawi w tabeli. Lp. (numer płytki) mS [g] mN [g] mW [g] dW [g/cm3] dV [g/cm3]

Wytyczne do

3. Posługuj c si danymi zamieszczonymi w dost pnych na zaj ciach tablicach, katalogach firmowych producentów narz dzi skrawaj cych, zidentyfikowa otrzymane materiały narz dziowe i przyporz dkowa je do okre lonej grupy materiałów narz dziowych na podstawie ich g sto ci. Dodatkowo nale y uwzgl dni zabarwienie płytek narz dziowych. 4. Na podstawie ogólnych zasad systemu oznaczania materiałów i płytek narz dziowych skrawaj cych przeprowadzi prób oznaczenia otrzymanych zidentyfikowanych materiałów narz dziowych. 5. Poda zakres zastosowa zidentyfikowanych gatunków materiałów narz dziowych, posługuj c si wykresami i danymi zamieszczonymi w katalogach firmowych oraz notatkami z wykładów. 6. Po dokonaniu wizualnej obserwacji płytek narz dziowych z w glików spiekanych i cermetali narz dziowych powlekanych powłokami przeciwzu yciowymi w przybli eniu okre li rodzaj powłoki. W tym celu nale y skorzysta m.in. z katalogów firmowych producentów narz dzi skrawaj cych, notatek z wykładów. Nast pnie okre li wpływ rodzaju powłoki przeciwzu yciowej na wła ciwo ci u ytkowe oraz zakres zastosowania materiałów narz dziowych (stanowi cych podło e dla tej powłoki). 7. Dla wskazanej przez prowadz cego zaj cia płytki przedstawi przypuszczalny proces technologiczny wytwarzania (po wcze niejszym jej zidentyfikowaniu i oznaczeniu). Sprawozdanie powinno zawiera :

5

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

opracowania 1. numer otrzymanego zestawu płytek narz dziowych, sprawozdania 2. dla ka dej płytki narz dziowej niepowlekanej - opis kształtu (ewentualnie szkic), zabarwienia, faktury oraz wyniki pomiaru g sto ci pozornej materiału płytki (tabela), 3. dla ka dej płytki narz dziowej niepowlekanej odpowiedzi na punkty 3 – 5 zawarte w cz ci „ Przebieg wiczenia” , 4. dla ka dej płytki narz dziowej powlekanej - rodzaj powłoki przeciwzu yciowej, wpływ rodzaju powłoki na wła ciwo ci u ytkowe oraz zakres zastosowania materiałów narz dziowych, 5. dla wskazanej płytki narz dziowej – proces technologiczny wytwarzania (np. w formie schematu przedstawiaj cego przebieg procesu wytwarzania).

Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: „ Ceramika narz dziowa” , „ Tworzywa ceramiczne i kompozyty” T. Gibas: „ Korund i jego zastosowanie w technice” T. Gibas: „ Spieki ceramiczne i cermetale” R. Pampuch: „ Budowa i wła ciwo ci materiałów ceramicznych” L. Przybylski: „ Współczesne ceramiczne materiały narz dziowe” M. Wysiecki: „ Nowoczesne materiały narz dziowe”

6

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

LABORATORIUM Ceramika Narz dziowa wiczenie 3 BADANIA STRUKTURALNE, ILO CIOWA ANALIZA MIKROSTRUKTURY NARZ DZIOWYCH MATERIAŁ ÓW CERAMICZNYCH Cel wiczenia Zapoznanie si ze sposobem opisu mikrostruktury ceramicznych materiałów narz dziowych, cermetali narz dziowych oraz w glików spiekanych. Zapoznanie si z metodami pomiaru parametrów charakteryzuj cych mikrostruktur materiałów ceramicznych na przykładzie wielko ci ziaren. Oznaczenie wielko ci ziaren w wybranych materiałach ceramicznych. Zakres wymaganych wiadomo ci

Materiały narz dziowe na osnowie fazy wi cej, ceramiczne materiały narz dziowe – ogólna charakterystyka. Ceramografia materiałów ceramicznych (w stanie nietrawionym i po wytrawieniu). Podstawowe parametry ilo ciowego opisu mikrostruktury materiałów ceramicznych. Metody oceny porowato ci i ziarnisto ci. Wady ci gło ci. Technika przygotowania zgładów.

Materiały i urz dzenia

Fotografie mikrostruktury wykonane ze zgładów wybranych ceramicznych i cermetowych materiałów narz dziowych: w stanie nietrawionym i po wytrawieniu. Linijka, papier milimetrowy, kwadraty pomiarowe.

Przebieg wiczenia

1. Na podstawie fotografii zgładów oceni jednorodno materiału pod wzgl dem porowato ci (rodzaju porowato ci, kształtu, wielko ci i sposobu rozmieszczenia porów, np. wzgl dem ziaren). 2. Na podstawie fotografii zgładów opisa mikrostruktur badanych ceramicznych i cermetowych materiałów narz dziowych (m.in. wyró ni , ewentualnie zidentyfikowa wyst puj ce fazy, obecno jednej lub wi cej faz, okre li wzajemne rozmieszczenie poszczególnych faz i porów wzgl dem siebie, stan granic ziarn). Na podstawie mikrostruktury przeprowadzi prób okre lenia rodzaju materiału. 3. Opieraj c si na fotografiach zgładów materiałów po wytrawieniu (o znanym powi kszeniu), dokona ilo ciowego opisu mikrostruktury. Dla ka dej z fotografii wchodz cej w skład otrzymanego zestawu, a przedstawiaj cej mikrostruktur wybranych ceramicznych i cermetowych materiałów narz dziowych, dokona oceny ziarnisto ci. W tym celu nale y okre li wielko ziarna redniego oraz znalezionych ziarn najmniejszych i najwi kszych.

Nale y post powa według nast puj cego schematu: a) Poda zakres wielko ci ziarn, posługuj c si metod Ryshkewitscha pomiaru rzeczywistej rednicy pojedynczego ziarna: 7

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

rzeczywistej rednicy pojedynczego ziarna: 4 D = ⋅ d = 1,275 ⋅ d .

π

Je li w mikrostrukturze analizowanego materiale wyst puje wi cej ni jedna faza, to nale y poda zakres wielko ci w obr bie poszczególnych faz. b) Okre li powtarzaj cy si kształt ziarn. c) Okre li wielko ziarna redniego, posługuj c si nast puj cymi metodami: • metoda Snyder – Graffa • metoda powierzchniowa Brucha, • metoda Jeffriesa (metoda zliczania ziaren). Pomiar wielko ci ziarna redniego metod Snyder – Graffa. Przez płaszczyzn zgładu prowadzi si przypadkowo zorientowan prost (sieczn ), która na długo ci pomiarowej L przecina n ziaren analizowanej fazy. Ocena wielko ci ziarna polega na zliczeniu ziarn przeci tych przez sieczn z tym, e dwa ziarna kra cowe nie przeci te przez dany odcinek na całej długo ci liczy si jako jedno ziarno. Taki sposób post powania powtarzamy kilka lub kilkana cie razy (przynajmniej 5). Wyniki pomiarów zliczenia ziaren przeci tych przez sieczne przedstawi w tabeli. Numer siecznej Długo odcinka pomiarowego [µm] Ilo przeci ziaren

Iloraz ł cznej rzeczywistej długo ci siecznych L (uwzgl dniaj c powi kszenie mikroskopu) przez ogóln liczb przeci tych ziaren n daje redni wielko ziarna - zgodnie ze wzorem: L D = [µm] . n Pomiar redniej liczby ziaren na jednostk powierzchni metod Jeffriesa. Na fotografi przedstawiaj c obraz mikrostruktury analizowanego materiału nale y przyło y kwadrat pomiarowy o znanej powierzchni A w mm2 (po uwzgl dnieniu powi kszenia obrazu) a nast pnie okre li liczb ziaren le cych całkowicie wewn trz kwadratu NW oraz liczb ziaren przeci tych przez brzegi kwadratu Nb bez czterech ziarn naro nych. Całkowita liczba ziaren NT na powierzchni kwadratu pomiarowego równa si : NT = Nw + 0,5 ⋅ Nb + 1. redni liczb ziaren na jednostk powierzchni NA nale y wyliczy korzystaj c ze wzoru: N N A = T mm − 2 . A Pomiaru nale y dokona w kilku (przynajmniej 3) polach równomiernie rozło onych na powierzchni zgładu. Wyniki pomiarów nale y przedstawi w tabeli. Nr A NA Powi kszenie NW Nb NT 2 pomiaru [mm ] [mm-2]

[

]

Pomiar redniej rednicy ziarna płaskiego metod powierzchniow Brucha. Na fotografi przedstawiaj c obraz mikrostruktury analizowanego materiału µ 2 8

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

nale y przyło y kwadrat pomiarowy o znanej powierzchni A w µm2 (po uwzgl dnieniu powi kszenia obrazu) a nast pnie okre li całkowit liczb ziaren i na powierzchni kwadratu pomiarowego (sposób post powania przy zliczaniu ziaren w kwadracie pomiarowym taki sam jak w metodzie Jeffriesa). Wyliczy redni wielko ziarna zgodnie ze wzorem: A [µm] . d = 1,06 ⋅ i Wykona kilka pomiarów (przynajmniej 3) w ró nych miejscach przygotowanej fotografii zgładu. Wyniki pomiarów nale y przedstawi w tabeli.

Nr pomiaru

Powi kszenie

A [µm2]

i

d [µm]

Wytyczne do Sprawozdanie powinno zawiera : opracowania 1. opis techniki przygotowania zgładów do bada mikrostrukturalnych, sprawozdania 2. numer zestawu fotografii przedstawiaj cych mikrostruktury wybranych ceramicznych i cermetowych materiałów narz dziowych, 3. dla ka dej fotografii mikrostruktury analizowanego materiału ocen jednorodno ci, opis struktury (według wskazówek zamieszczonym w punkcie 2 cz ci „ Przebieg wiczenia” ), rodzaj materiału, ocen ziarnisto ci materiału (zgodnie ze schematem post powania zamieszczonym w punkcie 3 cz ci „ Przebieg wiczenia” ), powtarzaj cy si kształt ziaren. 3. zbiorcze zestawienie wyników pomiaru ziarnisto ci wybranych ceramicznych i cermetowych materiałów narz dziowych nale y przedstawi w tabeli. Zakres wielko ci Nr NA Kształt d D ziaren fotografii [mm-2] ziaren [µm] [µm] [µm]

Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: „ Ceramika narz dziowa” , „ Tworzywa ceramiczne i kompozyty” T. Gibas: „ Korund i jego zastosowanie w technice” R. Pampuch: „ Budowa i wła ciwo ci materiałów ceramicznych” J. Ry : „ Stereologia materiałów”

9

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

LABORATORIUM Ceramika Narz dziowa wiczenie 4

POMIAR TWARDO CI I ODPORNO CI NA KRUCHE P KANIE WYBRANYCH CERAMICZNYCH MATERIAŁ ÓW NARZ DZIOWYCH PRZEZNACZONYCH NA OSTRZA SKRAWAJ CE Cel wiczenia Zapoznanie si z technik pomiaru twardo ci i odporno ci na kruche p kanie ceramicznych materiałów. Wyznaczenie twardo ci Vickersa wybranych ceramicznych materiałów narz dziowych. Wyznaczenie dla wybranych ceramicznych materiałów narz dziowych odporno ci na kruche p kanie (KIC) metod bezpo redniego pomiaru długo ci sp ka wywołanych wciskaniem wgł bnika Vickersa. Porównanie twardo ci i odporno ci na kruche p kanie ceramicznych materiałów narz dziowych. Przeanalizowanie zwi zków mi dzy twardo ci a budow materiału oraz innymi wła ciwo ciami mechanicznymi (np. granica plastyczno ci, odporno na kruche p kanie). Zakres wymaganych wiadomo ci

Metodyka bada wła ciwo ci mechanicznych ceramicznych materiałów narz dziowych. Ceramiczne materiały narz dziowe –ogólna charakterystyka, wła ciwo ci. Materiały narz dziowe na osnowie fazy wi cej – ogólna charakterystyka, wła ciwo ci. Przygotowanie próbek do bada twardo ci i KIC.

Materiały i urz dzenia

Zgłady wybranych ceramicznych materiałów narz dziowych. Fotografie przedstawiaj ce odciski Vickersa i Knoopa. Tablica: Twardo , odporno na kruche p kanie i inne wła ciwo ci mechaniczne wybranych materiałów. Tablice twardo ci Vickersa i Knoopa - S. Bła ewski, J. Mikoszewski: „ Pomiary twardo ci metali” . Mikrotwardo ciomierz cyfrowy FM 700e. Mikrotwardo ciomierz umo liwia wykonanie pomiarów twardo ci badanych materiałów metod Vickersa i Knoopa. Dla metody Vickersa zakres obci e wgł bnika wynosi: 0,09807 0,2452; 0,4903; 0,9807; 1,961; 2,942; 4,903; 9,807 N, czyli odpowiednio: 0,010; 0,025; 0,050; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1 kG. Wygl d i budow mikrotwardo ciomierza cyfrowego FM 700e przedstawia rysunek 1.

10

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

Rys. 1 Mikrotwardo ciomierz cyfrowy FM 700e Główny ekran operacyjny panelu ciekłokrystalicznego LDC przedstawia rysunek 2. Opis: 1 – aktualny tryb działania, 2 – zmiana strony ekranu operacyjnego, 3 – wy wietlanie długo ci przek tnych: D1, D2, 4 – aktualnie ustawione obci enie (wy wietlana warto automatycznie zmieni si po wybraniu innego obci enia przez obrót pokr tła regulacji obci enia (14)), 5 – czas działania obci enia, 6 – aktualna metoda pomiaru (przez naci ni cie tego okienka mo na wybra metod : HV, HK), 7 – warto twardo ci, 9 – jednostka konwersji twardo ci, 10 – przeliczona warto twardo ci,

11

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

11 – liczba wyników pomiaru w pami ci urz dzenia / maksymalna liczba wyników, jaka mo e by wprowadzona do pami ci, 12 – uruchomieni procesu pomiaru, 13 – zerowanie linii pomiarowych, 14 – kasowanie pami ci, 15 – ustawienie jasno ci pola, 16 – obrót głowicy.

Rys. 2 Ekran operacyjny panelu ciekłokrystalicznego LDC Przebieg wiczenia

I. Okre li warunki przygotowania próbki do pomiaru twardo ci metod Vickersa (lub Knoopa) i odporno ci na kruche p kanie (KIC). II. Na podstawie fotografii nr 1 wyznaczy twardo metod Vickersa i Knoopa. 1. Warto twardo ci Vickersa obliczamy korzystaj c z podanego poni ej wzoru lub odczytujemy bezpo rednio z tablic twardo ci Vickersa zamieszczonych w ksi ce S. Bła ewski, J. Mikoszewski: „ Pomiary twardo ci metali” (tablice VI – XIII, str. 384 – 427). d + d2 P HV = 0,1891 ⋅ 2 , d = 1 d 2 W tym celu nale y dokona pomiaru długo ci przek tnych odcisku (dwie warto ci dla ka dego pomiaru). Wyniki pomiarów i oblicze twardo ci Vickersa zestawi w tabeli. Nr pomiaru Powi kszenie d1 [µm] d2 [µm] d [µm] P [N] HV [GPa]

2. Warto

twardo ci Knoopa obliczamy korzystaj c z podanego poni ej wzoru: P HK = 14,228 2 l

12

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

Wyniki pomiarów i oblicze twardo ci Knoopa zestawi w tabeli. Nr pomiaru Powi kszenie l [mm] P [kG] HK [kG/mm2]

W tablicy XIV zamieszczonej w ksi ce S. Bła ewski, J. Mikoszewski: „ Pomiary twardo ci metali” podano warto ci twardo ci Knoopa dla obci enia 1 kG w zale no ci od długo ci wi kszej przek tnej odcisku. Tabele t mo na stosowa dla obci e ró nych od 1 kG, w tym celu warto ci twardo ci z tablicy odczytane dla zmierzonej przek tnej odcisku nale y pomno y przez obci enie wyra one w kG. 3. Dokona porównania otrzymanych wyników twardo ci Vickersa i Knoopa. III. Na podstawie fotografii nr 2 i 3 wyznaczy twardo metod Vickersa i odporno na kruche p kanie (KIC) metod bezpo redniego pomiaru długo ci sp ka wywołanych wciskaniem wgł bnika Vickersa. 1. Warto KIC obliczy wg podanego wzoru: =

(π ⋅ )

⋅

β

[

⋅

]

l1

gdzie: 1 d b = ⋅( + l ), 2 2 l +l +l +l l= 1 2 3 4, 4 β = 68°.

d1 (lub d2)

Dokona pomiaru długo ci przek tnych odcisku (dwie warto ci dla ka dego pomiaru) i długo ci sp ka (cztery warto ci dla ka dego pomiaru). Obliczy warto b. Wyniki pomiarów i oblicze twardo ci Vickersa i odporno ci na kruche p kanie (KIC) zestawi w tabeli. Nr Powi kszenie pomiaru

d1 [µm]

d2 [µm]

d [µm]

P [N]

HV [GPa]

l [µm]

b KIC [µm] [MPa⋅m0,5]

2. Obliczy współczynnik krucho ci Ib z podanego wzoru : HV Ib = µm − 0 , 5 . K IC 3. Okre li progow sił nacisku wgł bnika P*, po przekroczeniu której nast puje p kanie.

[

P ∗ = 1,6 ⋅10 4 ⋅ K IC ⋅

]

K IC HV

3

[N ] .

13

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

Wszystkie otrzymane wyniki pomiarów i oblicze zestawi w tabeli. Nr Powi kszenie pomiaru

P [N]

HV [GPa]

KIC [MPa⋅m0,5]

Ib [µm-0,5]

P* [N]

IV. Dla wybranych materiałów ceramicznych dokona pomiaru twardo ci metod Vickersa i odporno ci na kruche p kanie (KIC) metod bezpo redniego pomiaru długo ci sp ka wywołanych wciskaniem wgł bnika Vickersa. Wykona po jednym pomiarze dla ka dego materiału. Pomiar twardo ci mikrotwardo ciomierzem cyfrowym. Ustawienie warunków pomiaru: 1. wybór obci enia. Obróci pokr tło regulacji obci enia (14) w poło enie, odpowiadaj ce danej wielko ci obci enia. 2. ustawienie czasu działania obci enia na panelu ciekłokrystalicznym LDC. Według normy przyjmuje si czas 10-15 sekund. Wykonanie pomiaru twardo ci Vickersa: 1. Umie ci próbk na stoliku X-Y (18). Próbk nale y precyzyjnie umie ci w uchwycie imadłowym, tak aby była nieruchoma podczas pomiaru. 2. Obraca powoli pokr tłem podnoszenia stolika do momentu uzyskania ostrego obrazu próbki (obiektyw x10). Dla ustawienia ostro ci przybli y powierzchni próbki do obiektywu x50, nast pnie patrz c przez okular (4) mikroskopu pomiarowego (2) obni a poło enie próbki a b dzie widoczny ostry obraz. UWAGA! Podczas podnoszenia stolika nale y uwa a , aby próbka nie uderzyła w obiektyw, co mogłoby spowodowa uszkodzenie obiektywu. 3. Wybra punkt na powierzchni próbki, w którym b dzie wykonany pomiar. 4. Obróci r ka głowic (6) tak, aby wgł bnik był w rodkowym poło eniu. 5. Uruchomi wykonanie odcisku naciskaj c przeł cznik START ekranu operacyjnego panelu ciekłokrystalicznego (12). Diamentowy wgł bnik b dzie automatycznie opuszczony w dół i wciskany w próbk z zadanym obci eniem w zadanym czasie, zgodnie z ustawieniami warunków pomiaru. Nast pnie wgł bnik zostanie odci ony i wróci do pozycji wyj ciowej. Podczas tej operacji przeł cznik START b dzie miga . 6. R cznie obróci głowic (6) do poło enia obiektyw x50 (7) i spojrze przez okular (4). W centralnym punkcie pola widzenia widoczny b dzie odcisk na powierzchni próbki. Przed rozpocz ciem pomiaru odcisku mo e zaistnie potrzeba wyzerowania ustawienia linii pomiarowych.

14

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

Obracaj c czytnikiem obrotowym (5) mikroskopu pomiarowego (2), zbli y obie linie do siebie a do zetkni cia si ich wewn trznych kraw dzi. Je li w okienku ekranu (3) wy wietlana jest warto : D1 0,0 µm D2 0,0 µm to nie ma potrzeby zerowania ustawienia linii pomiarowych. W przeciwnym przypadku nacisn przycisk SET (13) celem wyzerowania ustawienia linii pomiarowych.

7. Dokona pomiaru długo ci przek tnych odcisku w sposób nast puj cy: a) Pomiar wymiaru D1. Obróci lewe pokr tło (3) mikroskopu pomiarowego (2) tak, aby wewn trzna kraw d lewej linii pomiarowej dotykała lewej kraw dzi odcisku.

Obróci czytnik obrotowy (5) tak, aby wewn trzna kraw d prawej linii pomiarowej dotykała prawej kraw dzi odcisku.

15

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

Nacisn przycisk odczytu READ, po czym w okienku D1 (3) na ekranie pojawi si wymiar przek tnej D1 z dokładno ci do 0,1 µm. b) Pomiar wymiaru D2. Obróci mikroskop pomiarowy (2) o 90 stopni celem zmierzenia wymiaru D2. Zastosowa t sam procedur pomiarow co w podpunkcie a) (wewn trzna kraw d dolnej linii pomiarowej dotkn ła dolnej kraw dzi odcisku a wewn trzna kraw d górnej linii pomiarowej dotykała górnej kraw dzi odcisku). Nacisn przycisk odczytu READ, po czym w okienku D2 (3) na ekranie pojawi si wymiar przek tnej D2 z dokładno ci do 0,1 µm. Procesor urz dzenia oblicza warto redni wymiarów D1 i D2, a nast pnie oblicza warto twardo ci Vickersa i pokazuje j automatycznie na ekranie. Wyniki pomiarów i oblicze twardo ci Vickersa i odporno ci na kruche p kanie (KIC) dla wybranych materiałów zestawi w tabeli. Dodatkowo dla tych materiałów obliczy współczynnik krucho ci Ib oraz progow sił nacisku wgł bnika P*. KIC d1 d2 d b Ib Nr P HV 0,5 pomiaru [µm] [µm] [µm] [N] [GPa] [µm] [MPa⋅m ] [µm-0,5]

P* [N]

Wytyczne do Sprawozdanie powinno zawiera : opracowania 1. tabelaryczne zestawienia wszystkich wyników pomiarów i oblicze badanych sprawozdania wielko ci (wykonanych w punktach II, II i IV cz ci „ Przebieg wiczenia” ). Dodatkowo nale y poda przykładowe obliczenia poszczególnych wielko ci i przeliczenie jednostek. 2. wnioski wynikaj ce z analizy otrzymanych wyników.

Literatura: Polska norma PN-91/H-04360 – Pomiar twardo ci sposobem Vickersa od HV 0,2 do HV 100 Notatki z wykładów z przedmiotów: „ Ceramika narz dziowa” , „ Tworzywa ceramiczne i kompozyty” S. Bła ewski, J. Mikoszewski: „ Pomiary twardo ci metali” T. Gibas: „ Korund i jego zastosowanie w technice” K. Oczo : „ Kształtowanie ceramicznych materiałów technicznych” R. Pampuch: „ Materiały ceramiczne” M. Wysiecki: „ Nowoczesne materiały narz dziowe” 16

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

LABORATORIUM Ceramika Narz dziowa wiczenie 5 CHARAKTERYSTYKA ZIAREN CIERNYCH WYBRANYCH CERAMICZNYCH MATERIAŁ ÓW CIERNYCH Cel wiczenia Zapoznanie si z podstawowymi rodzajami materiałów ciernych pochodzenia naturalnego i sztucznego. Przedstawienie charakterystyki ziaren ciernych typowych ceramicznych materiałów ciernych (twardych i supertwardych) przeznaczonych do wyrobu narz dzi ciernych, jak i do obróbki lu nym cierniwem. Zapoznanie si z klasyfikacj wymiarow ziarna ciernego do narz dzi ciernych spojonych i nasypowych. Przedstawienie mo liwo ci zastosowania badanych materiałów ciernych. Zakres wymaganych wiadomo ci

Materiały cierne: naturalne, sztuczne – ogólna charakterystyka. Wielko , kształt ziaren ciernych – metodyka bada .

Materiały i urz dzenia

Mikroskop stereoskopowy (okular pomiarowy z podziałk ). Tabela – klasyfikacja wymiarowa ziaren ciernych. Rysunek – klasyfikacja kształtowa ziaren ciernych. Preparaty mikroskopowe ziaren ró nych materiałów ciernych. Rodzaje materiałów ciernych udost pnionych do zaj laboratoryjnych: Diament syntetyczny (Cd) Kwarc Borazon (CBN) Krzemie B4C Szmergiel SiC zielony SiC czarny Elektrokorund zwykły Elektrokorund szlachetny

Przebieg wiczenia

1. Dokona wyboru kilkunastu preparatów mikroskopowych ziaren ciernych (co najmniej 10) ró nych pod wzgl dem rodzaju materiału ciernego oraz wielko ci ziaren ciernych. Przy czym w wybranym do obserwacji zestawie preparatów mikroskopowych musz znale si : diament syntetyczny, w glik krzemu zielony, w glik krzemu czarny i elektrokorund szlachetny. 2. Dobra odpowiednie powi kszenie mikroskopu. Obiektyw Powi kszenie całkowite 1 działka 56 7 15 µm 32 4 25 µm 3. Przeprowadzi pod mikroskopem pod odpowiednim powi kszeniem obserwacj ziaren ciernych. 4. Dla ka dego preparatu mikroskopowego ziaren ciernych: a) opisa zabarwienie i stopie prze roczysto ci materiału ciernego, b) oceni ostro kraw dzi i naro y pod k tem przydatno ci badanego materiału ciernego do zastosowania do okre lonego rodzaju obróbki wyka czaj cej, 17

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

c) d) e) f) g)

5.

ciernego do zastosowania do okre lonego rodzaju obróbki wyka czaj cej, dokona pomiaru wielko ci ziaren ciernych (w tym celu nale y przeprowadzi co najmniej 10 pomiarów wymiaru charakterystycznego ziarna a), okre li zakres wielko ci ziaren ciernych, okre li przybli ony procentowy skład ziarnowy preparatu, zaszeregowa do odpowiedniego numeru wg klasyfikacji wymiarowej ziaren ciernych wg PN - 76/M-59107, na podstawie kryteriów klasyfikacji kształtowej okre li kształt ziaren ciernych (w przypadku wyst powania wi cej ni jednego kształtu okre li w przybli eniu % udziału ka dego kształtu ziaren w preparacie), zgodnie z ilo ciow metod oceny kształtu ziarna ciernego poda n li a k (i ) = i =1 i . współczynnik kształtu ziarna, okre lony zale no ci : n Dla ka dego badanego rodzaju materiału ciernego okre li mo liwo ci jego zastosowania do obróbki wyka czaj cej.

Wytyczne do Sprawozdanie powinno zawiera : opracowania 1. nazwy wybranych przez studenta materiałów ciernych (zgodnie z wytycznymi zawartymi w punkcie 1 cz ci „ Przebieg wiczenia” ) oraz sprawozdania numery, je li zostały podane razem z nazwami, 2. dla ka dego wybranego materiału ciernego pełn charakterystyk ziaren ciernych (zgodnie z podpunktami a) ÷ g) zawartymi w punkcie 4 cz ci „ Przebieg wiczenia” ), 3. zakres zastosowania badanych materiałów ciernych.

Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: „ Ceramika narz dziowa” E. Jankowski, S. Skupi ski: „ Materiały i wyroby cierne” K. Wo niak: „ Materiały cierne – wytwarzanie i własno ci”

18

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

LABORATORIUM Ceramika Narz dziowa wiczenie 6 NARZ DZIA

CIERNE: SPOJONE I NASYPOWE

Cel wiczenia Zapoznanie si z podstawowymi rodzajami narz dzi ciernych: a) spojonych spoiwami ceramicznymi, ywicznymi, gumowymi i metalowymi, b) nasypowych. Zapoznanie si z budow typowych narz dzi ciernych spojonych i nasypowych. Zapoznanie si z systemem oznacze narz dzi ciernych. Przedstawienie mo liwo ci zastosowania badanych narz dzi ciernych. Zakres wymaganych wiadomo ci

Narz dzia cierne: spojone, nasypowe, pasty cierne – ogólna charakterystyka. Rodzaje spoiw stosowanych do wytwarzania narz dzi ciernych spojonych i nasypowych. Rola spoiwa w narz dziu ciernym. Materiały cierne: naturalne, sztuczne – ogólna charakterystyka. Charakterystyka narz dzi ciernych: twardo narz dzia, struktura narz dzia, wielko ziarna ciernego, rodzaj i gatunek materiału ciernego. Procesy wytwarzania narz dzi ciernych spojonych i nasypowych. ciernice konwencjonalne, ciernice supertwarde – ogólna charakterystyka, zastosowanie.

Materiały i urz dzenia

Mikroskop stereoskopowy. Rodzaje narz dzi ciernych udost pnionych do zaj laboratoryjnych: papiery cierne, płótna cierne, osełki, ciernice supertwarde: diamentowe, borazonowe, ciernice konwencjonalne: płaskie zbrojone do przecinania, płaskie do szlifowania, garnkowe proste, garnkowe sto kowe, lamelkowe, Materiały do testowania własno ci ciernych narz dzi ciernych spojonych. Tabela – oznaczenia typów narz dzi ciernych spojonych: ciernic konwencjonalnych, segmentów ciernych i osełek ciernych.

Przebieg wiczenia

1. Spo ród udost pnionych na zaj ciach narz dzi ciernych dokona wyboru kilkunastu narz dzi ciernych (co najmniej 5 nasypowych i 5 spojonych). 2. Przeprowadzi wizualn obserwacj okiem nieuzbrojonym a nast pnie pod mikroskopem narz dzi ciernych nasypowych z punktu widzenia: a) rodzaju materiału ciernego, b) rodzaju podło a, c) rodzaju spoiwa, d) wielko ci ziaren ciernych. 2. Przeprowadzi wizualn obserwacj narz dzi ciernych spojonych z punktu widzenia: a) rodzaju materiału ciernego, b) rodzaju i obj to ci spoiwa, c) wielko ci ziaren ciernych, 19

LABORATORIUM - Ceramika Narz dziowa

d) porowato ci. 3. Przeprowadzi test własno ci ciernych otrzymanych narz dzi ciernych spojonych z punktu widzenia łatwo ci zarysowania płytek: a) stalowych, b) miedzianych, c) spieku ceramicznego, d) szkła, e) w glika spiekanego. 4. Oceni przydatno badanego narz dzia ciernego do obróbki testowanych materiałów. Wytyczne do Sprawozdanie powinno zawiera : opracowania 1. charakterystyk narz dzi ciernych nasypowych uwzgl dniaj c opis rodzaju materiału ciernego, rodzaju podło a, rodzaju spoiwa oraz wielko ci ziaren sprawozdania ciernych, 2. charakterystyk narz dzi ciernych spojonych uwzgl dniaj c opis rodzaju materiału ciernego, rodzaju i obj to ci spoiwa, wielko ci ziaren ciernych oraz porowato ci, dodatkowo nale y poda oznaczenie narz dzia, 3. wnioski wynikaj ce z przeprowadzonego testu własno ci ciernych wybranych narz dzi ciernych spojonych, 4. zakres zastosowania badanych narz dzi ciernych.

Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: „ Ceramika narz dziowa” E. Jankowski, S. Skupi ski: „ Materiały i wyroby cierne” K. Wo niak: „ Materiały cierne – wytwarzanie i własno ci”

20