Определение плотности материалов
Автор: Юля Штернис • Апрель 23, 2022 • Лабораторная работа • 1,773 Слов (8 Страниц) • 247 Просмотры
[pic 1] |
Инженерная школа новых производственных технологий
Отделение материаловедения
Направление подготовки – Материаловедение и технологии материалов
Лабораторная работа №5
по курсу «Механические и физические свойства материалов»
Определение плотности материалов
Выполнил:
Савкин Матвей Александрович
студент группы № 4Б91
Проверил:
к. т. н., доцент ОМ
Матренин С.В.
Цель работы
Научиться определять плотность различных материалов, пикнометрическую плотность порошков, с использованием метода измерения линейных размеров образцов.
Описание лабораторного оборудования
Весы лабораторные с погрешностью взвешивания не более 0,0005 г, штангенциркуль, микрометр, пикнометр, пинцет, образцы различных материалов (алюминий, спеченный молибден с хромовым покрытием, сталь 40, альфа модификация оксида алюминия Al2O3 , полиэтилен с окисью хрома, сталь неизвестной марки, оксид циркония ZrO2), вода дистиллированная, бензин.
Теоретическое введение
Плотность – это масса единицы объема вещества. Расчётная формула имеет следующий вид:
[pic 2]
где
ρ – плотность материала,
m – масса тела,
V – объем тела.
Соответственно формуле, размерность плотности может быть кг/м3, г/см3 и т.д.
Плотность – важная характеристика материалов. Плотность материалов определяет вес изделий и конструкций, что важно в космической технике, самолетостроении и многих других случаях. Часто важно оптимальное сочетание плотности и прочности, плотности и электропроводности и т.д. Так, титановые сплавы, как материалы конструкционного назначения, могут быть предпочтительнее сталей, так как при немного меньшей прочности они почти вдвое легче, чем сталь. В электротехнике алюминий может быть предпочтительнее меди, так как, имея удельное электросопротивление примерно в полтора раза больше, чем медь, алюминий более чем втрое легче ее.
Теоретическую плотность чистого металла можно рассчитать, если известны тип и параметры его кристаллической решетки и атомная масса. Например, алюминий имеет решетку ГЦК, параметр а (длина ребра куба элементарной кристаллической ячейки) 0,404 нм, атомная масса 26,98 (атомных единиц массы). Плотность упаковки (ПУ) такой решетки, то есть количество атомов, приходящихся на одну ячейку равно 8·1/8+6·1/2=4: 8 атомов в вершинах куба, принадлежащих на 1/8 данной ячейке и 6 атомов в центрах граней, принадлежащие каждый на 1/2 данной ячейке. Следовательно, объем элементарной ячейки алюминия равен а3, а масса атомов в ней – 4·А·1,66·10-24 г, где
А – атомная масса алюминия,
1,66·10-24 = 1/NA – масса в граммах одной атомной единицы массы (1/12 атомной массы изотопа С12). Таким образом, теоретическая плотность алюминия
ρ = m/V = 4·26,98·1,66·10-24 г/ (0,404·10-7 см)3 = 2,727 г/см3, что соответствует справочным данным.
Реальная плотность зависит от состава, структуры, обработки материала. Так, при холодной пластической деформации увеличивается плотность дислокаций, в результате чего плотность материала уменьшается. При пластической деформации литого металла плотность может увеличиться за счет уменьшения усадочной пористости. При закалке чистых металлов или, например, облучении, в них может фиксироваться повышенная концентрация вакансий, что также может уменьшить плотность. При закалке стали на мартенсит, исходная объемноцентрированная кубическая решетка (ОЦК) меняется на более «рыхлую» тетрагональную объемноцентрированную (мартенсит), что приводит к уменьшению плотности. При отжиге таких металлов, в них происходят обратные изменения (уменьшение плотности дислокаций, уменьшение концентрации вакансий, образование более плотноупакованной решетки), в результате чего плотность увеличивается. Это означает, что, определяя плотность, можно исследовать изменения структуры металлов при различных вариантах их обработки.
...