IMG"6 227 (2)

226

9. Właściwości materiałów

9.3. Właściwości elektryczne

227

gdzie F jest obciążeniem wgłębnika w kG albo 0,102 F - w N, d - średw arytmetyczną przekątnych odcisku, o =136° - kątem dwuściennym piramid Jednostką twardości HV jest kG/mm².

Po wykonaniu odcisku wgłębnika, mikroskopem wbudowanym w twardości, P mierz, mierzy się jego przekątne i z tablic dla stosowanego obciążenia - slcjj - i średniej przekątnej odcisku odczytuje twardość. Wyniki uzupełnia się wartoś_Cj obciążenia, z wyjątkiem warunków standardowych, F = 30 kG = 294 N.

-i-rWOOO

HO

diament

W razie wykonywania pomiaru na powierzchni walcowej sposobem Brinella lub Vickersa do wyników wprowadza się poprawkę (z tablic) związaną z krzywizną Uwierzchni.

Porównanie omówionych skal twardości przedstawiono poglądowo na rys. 9.15. Rozszerzenie skali Brinella, ograniczonej odkształcalnością kulki do twardości 450 HB, uzyskano przez ekstrapolację.

Wyniki pomiaru twardości sposobem Brinella, jak już wspomniano, można Wykorzystać do przybliżonej oceny wytrzymałości materiału na rozciąganie. Najlepsze wyniki w tym zakresie uzyskuje się w odniesieniu do zwykłych (węglowych), przedeutektoidalnych (poniżej 0,8% C) stali normalizowanych, dla których

5000

2000

1000

r-80

-60

R_m = (0,35 + 0,60) HB.

(9.11)

9.3. WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE

500

r110

-40

-9

korund

-6

topaz

-7

kwarc

-6

ortoklaz

-5

apatyt

w—stal azotowana

Jnarzędz/o skrawające -—pilnik

200

-100

-20

stale zwykle wyżarzone

100

-50

-80 ^L0 HRC

-60

-40

-0

HRB

^fluoryt

kalcyt

mosiądze i stopy Al

-20

-2 . gips

tworzywa sztuczne

-10

^u5

HB*HV

M

talk

twardość Mohsa

Rys. 9.15. Porównanie skal twardości

Właściwości elektryczne materiałów charakteryzuje elektryczna przewodność właściwa y, której odwrotnością jest elektryczna oporność właściwa p. Przewodność jest to zdolność materiału do przewodzenia prądu elektrycznego, dzięki ruchowi nośników ładunków elektrycznych (elektronów, jonów).

Jak wiadomo, w kryształach metalicznych węzły sieci obsadzone są rdzeniami atomowymi, między którymi znajdują się elektrony swobodne. Poruszają się one ruchem bezładnym w obrębie pewnych obszarów, tzw. stref Brillouina, współ-środkowo położonych z rdzeniami atomowymi i różniących się wartościami energii. W krysztale niepobudzonym elektrony swobodne poruszają się tylko w obrębie I strefy Brillouina (położonej najbliżej jądra atomów). Pobudzenie atomów przez doprowadzenie do kryształu odpowiedniej ilości energii umożliwia przejście elektronów swobodnych do II strefy, w której również poruszają się bezładnie itp.

Dla metali - przewodników - typowe jest nakładanie się obu stref Brillouina, odpowiadające nakładaniu się pasm przewodnictwa i pasma walencyjnego (rys. 1.4b). W takich warunkach znaczna ruchliwość elektronów swobodnych zapewnia dobre przewodnictwo elektryczne. Duża różnica energii obu stref Brillouina, odpowiadająca dużej różnicy energii między pasmami przewodnictwa i pasma walencyjnego (rys. 1.4a) charakteryzuje izolatory. Minimalna ruchliwość elektronów swobodnych wyklucza przewodnictwo elektryczne. Przejście elektronów do pustego pasma przewodnictwa wymaga pobudzenia polem elektrycznym o napięciu rzędu tysięcy wolt i wywołuje efekt przebicia izolatora. Wreszcie nieznaczna różnica energii stref Brillouina (pasm przewodnictwa i pasma walencyjnego), typowa dla półprzewodników, już przy minimalnym pobudzeniu umożliwia przechodzenie elektronów swobodnych z jednej strefy do drugiej.

Pobudzenie kryształu metalicznego, np. zewnętrznym polem elektrycznym, powiększa ruchliwość elektronów swobodnych i nadaje im dodatkową składową