Определение плотности и пористости материала изделия произвольной формы методом гидростатического взвешивания

Определение плотности и пористости изделий расчётным и гидростатическим методами регламентированы ГОСТ 18898-89. Для твердосплавных изделий, отличающихся сложным фазовым составом и малой пористостью, предусмотрено использование ГОСТ 20018-74 и ГОСТ 9391-80.

Расчётным методом определяют плотность тел правильной геометрической формы, не имеющих трещин, сколов, загрязнений. Для этого объём тела в см³ вычисляют по результатам измерения геометрических размеров тела, точность размеров – до +- 0.001 мм. Массу тела m в граммах определяют взвешиванием с погрешностью до 0.01% на воздухе. Расчётная плотность материала ρ равна частному от деления массы тела m, (г) на вычисленный объём V, (см³) .

При известной теоретической плотности беспористого тела, выполненного из этого же материала, находят относительную плотность и пористость П:

_,

_.

Гидростатический метод определения плотности имеет несколько разновидностей, рассмотрим два из них:

Способ 1.

С помощью четырёхкратного взвешивания пикнометра (сосуда с широким горлышком и пробкой с тонким сквозным отверстием) на аналитических весах с определением веса:

Ø сухого пикнометра, ;

Ø сухого пикнометра совместно с помещённым в него исследуемым материалом (гранулами, порошком или телом произвольной формы), ;

Ø пикнометра с тем же материалом, полностью дополненного жидкостью известной плотности _, жидкость должна доходить до верхнего края отверстия в пробке, ;

Ø пикнометра без порошка, но также полностью заполненного этой жидкостью до верхнего края отверстия в пробке, .

Плотность материала тела, гранул или порошка определяется частным от деления массы искомого тела на его объём (вывод формулы здесь не приводится, она может быть выведена самостоятельно) в соответствии с выражением:

.

Способ 2.

Для определения массы m тела произвольной формы его взвешивают на аналитических весах с погрешностью до 0,001 г. Объём этого тела V определяют по разности двух показаний весов, к которым снизу подвешивается исследуемое тело: при взвешивании на воздухе (P ₁) и при взвешивании с полным погружением тела в жидкость (P ₂):

_.

Тогда искомая плотность тела:

,

где – плотность жидкости, в которую погружается образец.

Примечание:

1. При использовании жидкостей нужно представлять себе, что высокая шероховатость поверхности тела и плохая смачиваемость материала выбранной жидкостью дадут заниженную оценку плотности, т.к. на поверхности тел могут остаться маленькие пузырьки.
2. Наличие пористости поверхностного слоя, в которую будет проникать жидкость, уменьшит разность показаний и тем самым, наоборот, увеличит вычисленное значение плотности материала относительно его реальной плотности.
3. Предварительная обработка поверхности жиром даёт возможность предотвратить попадание контрольной жидкости внутрь пористого образца. Новое значение в сравнении с показанием весов без этой обработки даст возможность оценить поверхностную или сквозную пористость.

Для снижения случайной погрешности и оценки её величины все измерения повторяют несколько раз, результаты обрабатывают в соответствии с поставленными целями измерения и правилами статистики.

Приложение Г