Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Плотность

Существует несколько характеристик плотности. Для компактных материалов физическая плотность постоянна и характеризуется кристаллическим строением вещества. В порошковой металлургии плотность не постоянна, так как при получении изделий в них присутствуют поры и другие дефекты. Одним из основных параметров здесь является плотность частиц порошка (отношение его массы к занимаемому объему). Плотность частиц порошка зависит от совершенства внутренних макро- и микроструктуры частиц порошка, содержания оксидов и других примесей.

Пикнометрическую (истинную) плотность порошка определяют при помощи мерных сосудов-пикнометров. Сначала определяют массу сухого пикнометрического сосуда М, затем его массу с дистиллированной водой М₁, налитой до отметки на поверхности сосуда. Зная плотность воды при температуре опыта γ_В,, определяют объем пикнометра V_пикн:

V_пикн = (М₁ - М) / γ_В

Эта величина является постоянной для данного пикнометра. Высушенный пикнометр заполняют 0,5-0,7 объема исследуемым порошком и взвешивают, фиксируя М₂. После взвешивания в пикнометр заливают пикнометрическую жидкость до заполнения его на 0,75-0,8 объема, тщательно взбалтывают, а лучше вакуумируют до остаточного давления, определяемого упругостью пара используемой пикнометрической жидкости. Затем доливают пикнометрическую жидкость (если проводили вакуумирование, то сначала вакуум снимают) до метки на поверхности сосуда и взвешивают пикнометр с порошком, получая М₃. Рассчитывают объем жидкости в пикнометре V_ж:

V_ж = (М₃ – М₂) / γ_ж

где γ_ж – плотность пикнометрической жидкости.

Теперь можно определить пикнометрическую плотность частиц порошка γ_пикн:

γ_пикн = (М₂ – М₁) / (V_пикн – V_ж)

Пикнометрическая жидкость не должна взаимодействовать с материалом порошка и должна хорошо его смачивать; значения упругости паров, вязкости и размера молекул жидкости должны быть по возможности минимальными. При использовании пикнометрической жидкости с большим размером молекул мельчайшие трещины и поры частиц порошка не будут заполнены ею полностью, проба порошка сохранит часть заключенного в ней воздуха и значение рассчитанной величины γ_пикн окажется заниженным. Наиболее широко используют керосин, спирты, бензол, ацетон.

Наряду с жидкостной может быть применена и газовая пикнометрия, при которой истинную плотность частиц порошка рассчитывают, используя данные по вытеснению газа (воздух, гелий и др.) из калиброванного объема.

В легированных порошках плотность зависит от гомогенного распределения элементов. На практике в порошковой металлургии плотность определяют пикнометрическим методом, то есть с помощью пикнометра по известной формуле:

c = m / V.

При определении плотности порошков встречается трудность в определении его объема. При использовании пикнометрического метода объем замеряют по вытесненной порошком жидкости, объем который потом учитывается при определении пикнометрической плотности:

;

Р₁ – вес порошка;

Р₂ – вес порошка с пикнометром;

Р₃ – вес пикнометра с порошком и жидкостью;

V – объем пикнометра без порошка;

c_ж – плотность жидкости.

Рабочая жидкость подбирается таким образом, чтобы она одновременно хорошо смачивала порошок и не взаимодействовала с ним.

Для повышения точности измерения вместо рабочей жидкости используют инертный газ или вакуум.

Для определения плотности компактных материалов, таких как сплавы, используются формулы:

(*).

Определение плотности в порошковой металлургии сопровождает практически все исследования, связанные с установлением любых закономерностей или определением физико-механических свойств, являясь одним из основных методов контроля готовых изделий. Это объясняется тем, что свойство спеченных материалов в значительной степени зависят от относительной плотности. Важно знать не только абсолютную плотность изделия, но и относительную, представляющую собой выраженное в процентах отношение плотности изделия и плотности, которую имело бы беспористое компактное изделие:

(всегда меньше единицы).

Объем изделия определяют, как правило, гидростатическим взвешиванием изделия в дистиллированной воде. При гидростатическом взвешивании необходимо предотвратить попадание воды в поры, поэтому перед взвешиванием в жидкости исследуемый образец по поверхности покрывают защитной пленкой (раствор силиконового масла в бензине, парафин, вазелин). После этого образец взвешивают на воздухе (Р₂), потом в жидкости (Р₃).

Расчетную плотность определяют из выражения:

,

где Р₁ – вес образца на воздухе без пленки;

c_ж – плотность жидкости при температуре эксперимента.

Для определения относительной плотности необходимо знание плотности компактного материала (c_к), которая для изделия из однородных порошков берется из справочника, а для смеси порошков рассчитывается по правилу адитивности (формула (*)).

Наиболее точную оценку плотности компактного материала дает определение пикнометрической плотности.