Лабораторная работа № 5. Тема: Определение микротвердости минералов и горных пород.

 

Тема: Определение микротвердости минералов и горных пород.

Цель работы: Научиться измерять твердость небольших образцов хрупких горных пород, для исследования которых невозможно использовать метод статического вдавливания штампа.

Твердость определяется путем измерения площади отпечатка, полученного при вдавливании алмазной пирамиды в образец при небольших нагрузках.

Измерения производятся с помощью прибора ПМТ-3 (рисунок 8). Алмазная пирамида имеет квадратное основание и угол при вершине между гранями 136⁰ (пирамида Виккерса). Нагрузки от 2 до 200 г.

 

Описание прибора

 

 

1 – станина; 2 – стойка; 3 – кронштейн; 4 – гайка; 5 – предметный столик; 6 – рукоятка; 7 – координатный винт; 8 – нагружающий механизм; 9 – пирамида; 10 – груз; 11 – ручка арретира; 12 – регулировочная гайка; 13 – закрепляющий винт; 14 – тубус; 15 – объектив; 16 – макроподача; 17 – микроподача; 18 – окуляр-микрометр; 19 – отсчетный барабанчик; 20 – осветительное устройство; 21 центровочный винт; 22 – диафрагма;

23 – подставка

 

Рисунок 8 – Микротвердометр ПМТ-3

 

Алмазная пирамида закреплена на тубусе микроскопа. Кронштейн тубуса перемещается на стойке гайкой. Кроме того, тубус микроскопа может быть перемещен по направляющим кронштейна с помощью винтов грубой и тонкой подачи.

Прибор оснащен двумя сменными объективами. Объектив с фокусным расстоянием 6,2 мм обеспечивает увеличение до 487 раз, а объектив с фокусным расстоянием 23,2 мм до 130 раз. Предметный столик поворачивается вокруг центральной оси на 180⁰. Рабочая поверхность столика перемещается с двух взаимно-перпендикулярных направлениях.

Окулярный винтовой микрометр МОВ 1-15 имеет неподвижную шкалу и подвижную сетку в виде перекрестия нитей и двух штрихов, перемещаемые точным винтом окуляра с измерительным барабаном, разделенным на сто делений. Прибор оснащен специальным осветителем, закрепленном на тубусе микроскопа. Осветитель имеет светофильтры для снижения интенсивности освещения и увеличения контрастности наблюдаемого отпечатка.

Подготовка прибора и проведения опыта

Прибор включается в электросеть. Образец породы устанавливается на предметном столике под микроскопом и закрепляется. Тумблером трансформатора включается лампа осветителя 20 и с помощью винтов макро- и микропередачи фокусируют микроскоп на поверхность образца породы. Поворотом предметного столика 5 образец перемещают под механизм нагружения. Фиксируется это положение установочным винтом. На утолченную часть штока механизма нагружения пирамиды устанавливается груз. Рекомендуются следующие величины нагрузок металл – 200 г, минерал и горная порода – 20 г. Медленным поворотом рукоятки механизма против часовой стрелки опускают алмазную пирамиду на поверхность образца. Продолжительность выдержки под нагрузкой 5-30 секунд.

После нанесения отпечатка плавным поворотом рукоятки по часовой стрелке убирают пирамиду в исходное положение. Столик поворачивают таким образом, чтобы образец оказался под микроскопом, и производят замеры длины диагонали отпечатка.

 

Измерение длины отпечатка диагонали

Микровинтами столика подводят отпечаток к перекрытию так, чтобы оно при передвижении вдоль неподвижной шкалы перемещалось по диагонали отпечатка. Вращением измерительного барабана 19 перекрестие подводится к одному из углов отпечатка и берется отсчет по неподвижной шкале и барабану 19. После этого крест нитей с помощью барабана микрометра передвигается вдоль диагонали отпечатка до совмещения с его противоположными сторонами и снова берется отсчет.

Величина диагонали отпечатка определяется разницей отсчетов, умноженной на цену деления измерительного барабана. Отсчет берется с точностью до 2-х знаков. Полный оборот барабана соответствует одному делению неподвижной шкалы. Цена деления измерительного барабана при использовании объектива с фокусным расстоянием 6,2 мм равно 0,3 микрона.

Пример. Риски подвижной сетки расположены между делениями 2 и 3 неподвижной шкалы. На измерительном барабане отсчет равен 82 деления. Значит первый отсчет равняется 282 делениям. После перемещения перекрытия нити риски расположены между 4 и 5 делениями неподвижной шкалы, а на барабане фиксирует 92 деления. Второй отсчет равен 492 делениям, величина диагонали отпечатка (492-282)∙0,3 = 63 микрон.

Обработка результатов.

Для ускорения вычислений рекомендуется твердость Н, кг/мм² определять по формуле

 

, (17)

 

где Р – нагрузка, г

d - диагональ отпечатка, мк.

 

При испытании необходимо на каждом образце получить не менее

3-х отпечатков, а искомое значение твердости образца определяется как среднее арифметическое трех значений. Данные опытов записываются в таблицу 9.

 

Таблица 9 - Данные опыта

 

№№ опытов	Название образца	Нагрузка, г	Измерение диагонали отпечатка	Величина диагонали, мк	Твердость, кг/мм2
отсчет 1	отсчет 2	разница отсчетов

 

 

Методические указания по дисциплине «БУРЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН» для студентов среднего профессионального образования специальности 131003 Бурение нефтяных и газовых скважин, 130109 Геология и разведка нефтяных и газовых месторождений 131018 Разработка нефтяных и газовых месторождений для учащихся начального профессионального образования 131003.03 Бурильщик эксплуатационных и разведочных скважин часть 1 - Механические свойства горных пород- Тюмень ТюмГНГУ, НГК им. Ю.Г. Эрвье-2012.- 24 с.

 

Составитель: А.В. Кед – преподаватель специальных дисциплин.