Способ определения физико-механических характеристик материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N3/42 

t Изобретение относится к способам испигания материалов путем вдавливания икдентора с непрерывной или дискретной регистрацией нагрузки и глубины отпечатка и может быть использовано при испытании объектов размеры которых малы (микротепа), например различные фазы, интерметал лидные прослойки, отдельные частицы порошков, различные тонкие спецпокрытия и спецслои. Известен способ определения модуля Юнга различных абразивных материалов методом микровдавливания, который основан на классическом реш НИИ задачи Герца об упругом вдавливании сферического индентора в упру гое полупространство ИЗ. Недостатком способа является необходимость выполнения требования равенства нулю деформации на границ раздела такого объекта с окружающей средой. Это требование обусловливает необходимость увеличения раз-меров таких объектов. Кроме того, на поверхность испытываемого объекта необходимо нанести тонкий слой покрытия, а сам контур площади упругого контакта размьп-, что вносит дополнительные погрешности. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способ определения физико-механических характеристик материала С2, заключающийся в том что внедряют индентор под нагрузкой в материал, производят разгрузку, регистрируют диаграмму вдавливания и разгрузки, измеряют площадь отпечатка и определяют соответствукнцу характеристику материала, например модуль Юнга Е по формуле: . jp/ditt) d ( N зг (dt 5ГР ; где М, J4u.i Е и Е, - коэффициенты Пуассона и модул Юнга материалов образца и индентора j F - площадь проекции отпечатка, cto/tiP котангенс угла наклона начального участка вет ви разгружения диаграммы; дополнительная деформация,связанная с жесткостью системы образец-прибор. Недостатком известного способа является невозможность определения физико-механических характеристик микротел с размерами от нескольких до десятков микрон,поскольку дополнительная деформация ctu52. Даже при высокой жесткости прибора соизмерима с величиной ctcO/dP для материалов микротел. Указанная дополнительная деформация зависит от формы и размеров микротела, а также от свойств -среды, в которой оно находится. Учесть влияние этих факторов известными способами невозможно. Цель изобретения - расширение технологических возможностей способа путем обеспечения возможности определения характеристик микротел, прежде всего модуля Юнга и микротвердости . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения физико-механических характеристик материалов, заключающемуся в том, что внедряют индентор под нагрузкой в материал, производят разгрузку, регистрируют диаграмму вдавливания и разгрузки, измеряют площадь отпечатка и определяют соответствующую характеристику материала, увеличивают нагрузку, дополнительно внедряют в тот же отпечаток индентор, разгружают его и измеряют площадь отпечатка, а соответствующую характеристику материала определяют с учетом дополнительно измеренной площади отпечатка. На фиг.1 изображена типовая диаграмма вдавливания нагрузка-глубина отпечатка ; на фиг.2 - диаграмма первого до нагрузки Р/| и повторного до нагрузки РЛ вдавливания в тот же отпечаток с регистрацией ветвей нагружения и разгрузки. Способ реализуется следующим образом. В выбранную точку микротела внедряют индентор, производят разгрузку, регистрируют диаграмму вдавливания до нагрузки и последующей разгрузки. Измеряют с помощью микроскопа площадь отпечатка, а также J111 угол наклона начального участка ветви разгружения. Затем увеличивают нагрузку до значения Р и дополнительно внедряют в тот же отпечаток индентор, разгружают его и из меряют площадь отпечатка. Соответствующую характеристику материала определяют с учетом дополнительно измеренной площади отпечатка, для чего вначале рассчитывают дополнительные суммарные деформации ofc«)j/(J по формуле: dwj {Ft / vlF. ( d( , (Г)г dtp Ц d(tt)/},/cJP константа прибора, cJh /аУР интенсивность нормал ных смещений на границе микротела с окружающей средой AN/F-Tf i-Vf, (fiviIdP)i тангенсы углов наклона начальных участков ветвей разгружения при нагрузках PI и Р, соответствующие углам У| па фиг. 1, причем модуль Юнга Е материала микр тела не зависит от размера отпечатка. Модуль .Е частицы рассчитывают по формуле (1), подставляя найденные по формуле (2) значения Если есть вероятность нелинейной зависимости между нагрузкой на микротело и деформациями на его границе с окружающей средой, то испытание и соответствуюп(ий аналогичньй расчет по формуле (2) проводят для нагрузок Pj и т.д. Затем строят зависимость от нагрузок, усредняя их, т.е. для точек (Р-т + Р2)/2, (Р + Pi)/2 и т.д. Ступени между нагрузками Р/ и Рг. и т .д. выбирают из условия полного перекрытия контура предьщущего отпечатка, для чего нагружение останавливают не раньше того; как ветвь повторного нагружения выйдет на аппроксимированное продолжение ветви от предыдущего нагружения, фи г.2. ,1ля определения истинного значения микротвердостиHii, измеренной по глубине отпечатка h, проводят новую ось нагрузок Р, под постоянным или переменным углом к оси Р при условии, что t o/i-cfcs)/c3fP. Истинное значение микротвердости Н;) рассчитывают по формуле: РР (v7i.f . где лН , ар Способ позволяет определять физико-механические свойства микротел, размеры которых таковы, что при приложении к индентору необходимой испытательной нагрузки эти .объекты или погружаются в окружающую их матрицу, или деформируются и изменяют свою внешнюю форму, поскольку деформации от сосредоточенного нагружения распространяются до внешних границ этого тела. Кроме того, изобретение может быть использовано для определения жесткости отдельно прибора и системы образец-прибор.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том,что внедряют индентор под нагрузкой в материал, производят разгрузку, регистрируют диаграмму вдавливания и разгрузки, измеряют площадь отпечатка и определяют соответствующую характеристику материала, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, увеличивают нагрузку, дополнительно внедряют в тот же отпечаток индентор, разгружают его и измеряют площадь отпечатка, а соответствующую характеристику материала определяют с учетом дополнительно (Л измеренной площади отпечатка. с Восстанобленив отпечатка ( Фиг.1