СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ Российский патент 2019 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов, в частности к измерению износа металлических материалов и покрытий.

Известен способ измерения износа металлических покрытий, включающий испытание материалов на износ и основанный на взвешивании образцов до и после испытаний и определении массы износа с переводом его в линейный износ по математической формуле (патент РФ №2141107 по кл. G01N 3/36 от 10.11.1999 г.).

Недостатком данного способа является относительно низкая точность измерения, обусловленная погрешностью измерения массы износа.

Известен также способ измерения износа металлических покрытий путем электромеханического растворения поверхности образца (патент РФ №2293305 по кл. G01N 3/36 от 10.02.2007 г.).

Недостатком данного способа является относительно низкая точность определения целевых величин.

Известен способ измерения износа металлических покрытий, относящийся к «методу искусственных баз», основанный на вдавливании индентора в форме пирамиды в исследуемый образец с последующим измерением диагонали отпечатка в образце и расчетом твердости материала образца (патент РФ №2222801 по кл. G01N 3/42 от 27.01.2004 г.).

Недостатком данного способа является сложность измерения величины износа покрытий толщиной менее 5 мкм, обусловленная тем, что для измерения износа таких покрытий необходимо снижать нагрузку на индентор, что приводит к повышению погрешности измерения.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения износа металлических покрытий, описанный в Межгосударственном стандарте ГОСТ 23.301-78 «Обеспечение износостойкости изделий. Приборы для измерения износа методом вырезанных лунок.»

Данный способ включает нанесение лунок на испытуемый образец при помощи алмазного индентора в виде трехгранной пирамиды, вращающейся вокруг горизонтальной оси с последующим измерением износа по формуле

Δh=0,125(h²-h²₁)1/r,

где r - радиус лунки,

h² - исходная глубина лунки, в мм

h²₁ - высота изношенной лунки, в мм.

Точность измерения износа при использовании данного метода значительно выше, чем при использовании метода отпечатков, т.к. соотношение между глубиной лунки и длиной ее находится в соотношении 1:50÷1:80. Недостатком данного способа является сложность и длительность определения малых величин износа (порядка нескольких микрометров), обусловленные невозможностью визуального и быстрого определения места вырезанной лунки.

Возникают сложности и при определении износа поверхностей, имеющих риски, совпадающие по направлению с длиной лунки, т.к. при этом сложно определить длину лунки.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в сокращении цикла проведения операции измерения при сохранении точности измерения величины износа.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения износа металлических покрытий, включающем нанесение лунок на испытуемый образец при помощи алмазного индентора в виде четырехгранной пирамиды, с перемещением под ней образца с последующим измерением параметров износа, нанесение лунки осуществляют перемещением образца по нормали к вектору скорости перемещения контробразца при трении, перемещение образца осуществляют со скоростью 8÷10 мм/с на расстояние, превышающее ширину поверхности трения по нормали к скорости скольжения, при этом расстояние определяется из соотношения L=kY, а величина износа определяется из соотношения

Δh=h- h₁=Ctg (α/2)(b₀-b₁), где L - расстояние, превышающее ширину поверхности трения.

K=1,5÷2,0 - коэффициент перекрытия поверхности трения образца, характеризующий значение величины, указывающей на сколько лунка длиннее ширины зоны трения.

Y - ширина поверхности трения по нормали к скорости скольжения (мм),

h - начальная глубина лунки (мкм),

h₁ - глубина изношенной лунки(мкм),

Δh- величина износа (мкм),

b₀ -начальная ширина лунки (мкм),

b₁ - ширина изношенной лунки (мкм),

α - угол между поверхностями стенок лунки.

Способ измерения износа осуществляется следующим образом.

Плоский металлический образец устанавливается в прибор ПМТ-3 (на чертеже не показан). Алмазным индентором при нагрузке N=500 г и перемещением образца наносят лунку на расстояние L по нормали к вектору скорости перемещения контробразца, при этом перемещение образца осуществляют со скоростью 8÷10 мм/с на расстояние, превышающее ширину поверхности трения по нормали к скорости скольжения V. Расстояние L определяется из соотношения L- kY, где

K=1,5÷2,0 - коэффициент перекрытия образца, характеризующий значение величины, указывающей превышение ширины зоны трения.

Y - ширина поверхности трения по нормали к скорости скольжения V(mm).

После этого образец промывают, высушивают и определяют величину износа из соотношения:

Δh=h- hi=Ctg (a/2)(b₀ -bi), где

Δh - величина износа (мкм),

b₀ -начальная ширина лунки (мкм),

b₁ - ширина изношенной лунки (мкм),

α - угол между поверхностями стенок лунки.

Способ позволяет быстро визуально определить место вырезанной лунки и тем самым сократить длительность цикла проведения операции измерения при сохранении точности измерения величины износа металлического материала или покрытия.

Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов, в частности к измерению износа металлических материалов и покрытий. Сущность: осуществляют нанесение лунок на испытуемый образец при помощи алмазного индентора в виде четырехгранной пирамиды, с перемещением под ней образца с последующим измерением параметров износа. Нанесение лунки осуществляют перемещением образца по нормали к вектору скорости перемещения контробразца при трении. Перемещение образца осуществляют со скоростью 8÷10 мм/с на расстояние, превышающее ширину поверхности трения по нормали к скорости скольжения, при этом расстояние определяется из соотношения L=kY, а величина износа определяется из соотношения Δh=h-h₁=Ctg(α/2)(b₀-b₁), где L - расстояние, превышающее ширину поверхности трения. K=1,5÷2,0 - коэффициент перекрытия поверхности трения образца, характеризующий значение величины, указывающей на сколько лунка длиннее ширины зоны трения. Y - ширина поверхности трения по нормали к скорости скольжения (мм), h - начальная глубина лунки (мкм), h₁ - глубина изношенной лунки(мкм), Δh - величина износа (мкм), b₀ - начальная ширина лунки (мкм), b₁ - ширина изношенной лунки (мкм), α - угол между поверхностями стенок лунки. Технический результат: сокращение цикла проведения операции измерения при сохранении точности измерения величины износа.

Способ измерения износа металлических материалов и покрытий, включающий нанесение лунок на испытуемый образец при помощи алмазного индентора в виде алмазной пирамиды, перемещающейся по горизонтальной оси с последующим измерением параметров износа путем нанесения на образец лунки, отличающийся тем, что нанесение лунок осуществляют перемещением образца по нормали к вектору скорости движения контробразца при трении, перемещение образца осуществляют со скоростью 8÷10 мм/с на расстояние, превышающее ширину поверхности трения L=kY, а величина износа определяется из соотношения

Δh=h-h₁=Ctg(α/2)(b₀-b₁), где

L - расстояние, превышающее ширину поверхности трения.

K=1,5÷2,0 - коэффициент перекрытия поверхности трения образца,

Y - ширина поверхности трения (мм),

h - начальная глубина лунки (мкм),

h₁ - глубина изношенной лунки (мкм),

Δh - величина износа (мкм),

b₀ - начальная ширина лунки (мкм),

b₁ - ширина изношенной лунки (мкм),

α - угол между поверхностями стенок лунки.