Способ определения отражательной способности поверхности материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к измерительной технике, точнее к измерению tBnTwmeских характеристик материалов, и может иепоАьзовано для определеиия отра жзтепьной способности полированных MeтаАлических.|1оверхндстей деталей сложной конфигурации.

lieJTib изобретения - повышение Точности. ; - . . , . :-:- .-Способ осуществляют следующимобра.3..:. - ,. , . , . ; : -;.. hoBepxtidCTb детали сканируют йагруженньт инДентором склерометрйч кого прибора. Измеряют величину тангейццаль: ной сост|(вл1яющей силы сопротйШ1вния певерхностного слоя материала п|ри контактном деформировании вдоль трассм

сканирования. Определяют частотное распределение плотности вероятности отклонения этой величины от среднего значения. По полученному частотному распределению определяют частоту, разделяющую зто распределение на две равновероятные области, и по градуировочной зависимости судят об отражательной способности материала. На фиг, 1 изображена зависимость тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностного слоя нержавеющей стали от различной прочности и размеров кристаллитов вдоль трассы,сканирования, на фиг. 2 - соответствующее частотное распределение плотности вероятности отклонения тангенциальной составляющей силь| сопротивления атдго поверхностного слоя 6т среднего значения вдоль трассы сканирования; на фиг. 3 - зависимость.тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностного слоя нержавеющей стали от размеров кристаллитов вдоль трассы сканирования; на фиг. 4 - соответствующее частотное распределение плотности вероятности отклонения тангенциальной составляющей силы сопротивления этого пЪверхнортного слоя от среднего значения вдоль трассы сканирования; на фиг. 5 частотные распределения плотности вероятности отклонения тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностных слоев полированных образцов из нержавеющей стали с различной отражательной способностью оптического излучения. В качестве измеряемыН образцов взяты образцы горячекатаной термообработанной стали 12Х18Н10Т после обработки абразивными лентами. Для исключения влияН1ия микрогеометрии поверхности на величину зеркального отражения сравнивают поверхности образцов одинаковой шероховатости. Различное состояние поверхностного слоя получают путем варьирования условий ленточного шлифования. Условия обработки и характеристики обработанной поверхности представлены в таблице. Приведенные в таблице величины коэффициентов зеркального отражения этих образцов определяют фотоэлектрическим блескометром ФБ-2 по сравнению с коэффициентом зеркального отражения зеркала бытового по ГОСТ 17716-82, величину которого принимают за 100%. Поверхности образцов сканируют индентором, нагруженным силой 3,5Н, со скоростью ..5 мкм/с. При сканировании поверхности образца нагруженным индентором в зависимости от размеров и прочности кристаллитов изменяется тангенциальная составляющая силы сопротивления поверхностного слоя контактному деформированию (фиг. 1), частотное распределение плотности вероятности отклонения от среднего значения которой вдоль трассы сканирования (фиг. 2) содержит информацию о, структуре поверхностного слоя, эффективном размере фрагментов Р. . .r ,,,.-аМ который определяется по формуле с , где f-частота всплесков. Всплески значения тангенциальной составляющей силы сопротивления возникают либо на кристаллитах низкой твердости, либо между кристаллитами. Величина отражательной способности связана с размерами твердых кристаллитов на поверхности преобладание которых характеризуется снижением частоты всплесков тангенциальной составляющей силы сопротивления (фиг. 3} и смещением частотного распределения плотности вероятности отклонения этой силы от среднего значения вдоль трассы сканирования в область низких частот (фиг. 4), Таким образом, стйук.турное состояние поверхностного слоя определяется сопротивлением локальных участков контактному деформированию при сканировании алмазным индентором на приборе для склерометрических исследований материалов. При испытаниях этими прибЬрами сила трения алмазного индёнтора модулируется с частотой расположения фрагментов, характеризуется близкими по значению амплитудами вследствие изменения прочности на границе и внутри локальных областей. В общем случае Математическое описание Структурного состояния поверхностного слоя дается совокупностью следующих основных характеристик., Математическое ожидание входного (выходного) сигнала j x(t)dt,t6T, где x(t) - входной (выходной) .сигнал; Т-интервал времени наблюдения. Математическое; ожидание оценивает статическую, не зависящую от времени t составляющую входного (выходного) сигнала. Дисперсия входного (выходного) сигналаDx lim ( Дисперсия оценивает динамическую составляющую входного (выходного) сигнала как его среднюю мощность колебаний отно-. сительно статической составляющей. Корреляционная функция входного (выходного) сигнала Rx(t, -i J x(t)-inxIx(, T- I где T, r- приращение времени. Корреляционная функция оценивает связь значений входного (выходного) сигнала в различные моменты времени со скоростью его изменения.

Частотное распределение плотности вероятности отклонения входного (выходного) сигнала от среднего значения, т.е. спектральная плотность входного (выходного) сигнала

+ -2WJfTdT

Sx(f) J Rx(t,U)e

, - 00....

, ., .

Эта характеристика дает представление о гармоническом составе сигнала, распределении дисперсйи по частотам и позволяет оценить долю крупных и твердых кристаллитов Hd поверхности по смещению частотного распределения в область частот.

Смещение ч.астотного распределения плотности вероятности отклонения сигнала от среднего значения для различных образцов удобно характеризовать частотой fcp. разделяющей соответствующее распределение на две равновероятные области; Эта частота определяется из соотношения

fcp-boo

J Sx(f)df / Sx(f)df,

оfcp

как абсцисса, разделяюЩ.ая ограниченную графиком-Sxff) м осью 01 фигуру на две равных по площади части.

отражательной способности исследуемой поверхности материала определяется по заранее построенной градуировочной зависимости от fcp для образцов с различной однородностью поверхностного слоя и известной отражательной способностью.

Графики (фиг. 5) отображают частотные распределения плотности вероятности отклонения тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностного слоя образцов,.представленных в таблице, при контактном деформировании от среднего знамения вдоль трассы сканирования.

Кривые на фиг. 5 и данные таблицы показывают, что наиболее низкая зеркальная

Отражаемость 14% соответствует поверхностному слою неоднородной структуры с наличием крупных и мелких фрагментов на частотах 0,20; 0,30:0; 60 и 0,75 Гц (кривая 1).

Более однородный поверхностный слой с преобладающей фрагментацией на частоте 0,25 Гц имеет и более высокую зеркальную отражаемость, составляющую 18% (кривая 2). Самая высокая зеркальная отражаемость

35% получена на поверхности с однороднонапряженной крупнофрагментной структурой поверхностного слоя фрагментация на частотах 0-0,75 Гц (кривая 3). Соответствующие для этих графиков значения частот

fcp, разделяющих спектры колебаний на две равновероятностные области, имеют значения 0,39; 0,27 и 0,2 Гц- Коэффициенты корреляции между fcp и коэффициентом зеркальной отражаемости находится в интервале от-0,8 до-0,78.

Способ позволяет определять отражательную способность поверхности металлических деталей сложной конфигурации без доступа оптических приборов с погрешностьюоколоЗО%.

Форм ул а и 3 об ре т е н и я Способ определения отражательной способности поверхности материалов, заключающийся в том, что поверхность

сканируют, измеряют характеристику поверхности вдоль трассы сканирования и по результатам измерения судят о величине отражательной способности поверхности материала, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с

целью повышения точности, поверхность сканируют индентором и измеряют величину тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностного слоя при контактном деформировании, определяют

частотное распределение плотности вероятности отклонения этой величины от среднего значения вдоль трассы сканирования, определяют частоту, разделяющую это распределение на две равновероятные рбласти, и по градуировочной зависимости судят об бтражаТельной способности поверхности материала.

Г;

0US,J

Фие.2

,3

ФизЛ