Способ определения хрупкости материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N3/42 

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов, з частности к определению хрупкости методом вдавливания индентора

Известен способ определения хрупко- материалов, заключающийся в том, что испытуемый материал деформируют и записывают диаграмму упруго-пластического деформирования.

Однако этот способ является разрушающим и требует изготовления специальных образцов Критерий хрупкости, определяемый этим методом, недостаточно чувствителен, так как величина упругой энергии. входящая в числитель критерия, входит также и в его знаменатель ( в полную энергию деформирования материала). Кроме того, неприменим для материалов высокой степени твердости и хрупкости, а также для объектов малых размеров, например, абразивных зерен

Указанный недостаток устранен Р способе принятом за прототип, в котором испытуемый материал деформируот непрерывным вдавливаниэм инден орз с записью диаграммы вдавливания, определяют работу упругого и пластического де- (рормировзния, по соотношению KOiOpt-rx рассчитывают хрупкость

Недостатком данного слосоьз является большая трудоемкость определения площадей упругого и пластического деформиро Р а н и я по криволинейной диграмме вдавливания (которые пропорциональны работам ynpvro-пластического дефосмиоо- взнич) и, следовательно, оиечки хруп-ос ч испытуемого материала.

00

01

Целью изобретения является повышение производительности труда, упрощение определения хрупкости материалов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения хрупкости материалов путем отношения работы, затраченной на упругое деформирование, к работе, затраченной на пластическое деформирование, при деформации материала непрерывным вдавливанием индентора, на диаграмме вдавливания, записанной в логарифмических координатах, определяют тангенсы углов наклона графиков зависимости нагрузки на индентор or глубины вдавливания индентора при вдавливании и разгрузке, а хрупкость определяют по формуле:

у Л±1

А m - п1

где п - тангенс угла наклона графика зависимости нагрузки на индентор от глубины вдавливания индентора к оси при вдавливании индентора;

m - тангенс угла наклона графика зависимости нагрузки на индентор от глубины вдавливания индентора коси при разгрузке индентора.

На фиг. 1 показана диаграмма вдавливания пирамидального индентора в обычных координатах; на фиг. 2 - в логарифмических координатах.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: участок 0-1 - ветвь нагружения; участок 1-2 - ветвь разгрузки; Р - нагрузка на инденгор; h - глубина отпечатка индентора; hp - глубина отпечатка индеитора под нагрузкой; ho - гпубина отпечатка индентора при снятии нагрузки.

При вдавливании индентора происходит упруго-пластическое деформирование испытуемого материала, а при разгрузке - выделение упругой энергии, запасенной в процессе вдавливания.

Закономерности процесса вдавливания и разгрузки индентора описываются соответственно функциями

P a-hn;(1)

Р (2);

где Р - нагрузка на индентор;

h - глубина внедрения индентора;

а - размерный коэффициент, характеризующий прочностные свойства испытуемого материала;

b - размерный коэффициент, зависящий от максимальной нагрузки на индентор;

п - тангенс угла наклона графика IgPHgf (h) к оси Igh при вдавливании икдек- тора - безразмерный коэффициент, характеризующий интенсивность пластического деформирования испытуемого материала;

m -- тангенс угла наклона графика IgPHgf(h) к оси h при разгрузке индентора - безразмерный коэффициент, характеризующий упругий потенциал испытуемого ма- териала.

Полная работа при вдавливании индентора равна

10

Л- Jjpfi(h)dh,

(3)

где fi(h) - функция, описывающая зависимость глубины внедрения индентора от прилагаемой нагрузки.

Подставляя в уравнение (3) формулу (1)

0

получим

А hn dh

а

о

а ьп+1 F+гр

п +Г

,п +

(4)

Эта работа будет пропорциональная площади S 103 диаграммы вдавливания.

Упругая энергия, запасенная при вдавливания индентора и выделяющаяся при 5 разгрузке, будет равна

Ау /E°f2(h)dh,(5)

где (.(h) - функция, описывающая процесс

0

разгружена,

Эта знзргия пропорциональна плсидрзп S 23 диаграммы вдавливания,

Подставляя в уравнение (5) формулу (2), получим

5 Ау ГРЬ-Иф

WГ { 9 ; 5 f

b rhi +1-hSl+1 Пв

dh

(6)

- JL /

he -f 1 /,

-H-(h m + 1 Пр

Работа, затраченная ка пластическсз ,, деформирование материала при ЗДЗБЛИВЗ- нии мндентора, будет равма

Апл (Sl03-Sl23)K(7)

где К - размерный коэффициент пропорциональности, для. перевода площади дизг- . раммы в работу деформировании

Хрупкость материала можно определить как

Sl23 Sm./рч

Г

S102

CQ Или из соотношений (4) и (6) можнс пописать

У А

Л Ann

..

)

m +1

а ,п-И

Ь fum-fl m + K

n° i

(9)

Выр9хение (9) можно пре-бр-гюйгг-ъ следую. ;им образом

1 ±.JJ X Ъ( Т) 1

„. ,. ,

il... t,m---1/ .г. ; I

P

1.(10)

/иг

из выражения (10) минус еди- цу. сЬозк-л ( era за X, тогда

1

X

- - у1 , , v arrnT-iY )1

Ь{П + 1)

3{iff+T)

из

уравнений (1) и (2) при Рпях- а

;юдэ

ПР

hi

и + I и

- -JT111

Г - 1

И I I

mTT

-,

(f+

+ 1i

4V J

Поскольку, для большинства материа- ло величина ho/hp -1, а т 5, то вели- ч(г;ой (ho/hD) 1+ ввиду ее малости можно пренебречь. Тогда

1 л +1 . j X m + 1 X Отсюда

Х-1.

,. г ± 1 Л if,.:. г,(11)

п

р у. м ft p. Определяли минимальные :окзз1че;п; хрупкости гсрячепрессоаанных мзгнанеи.-иинкосых ферритов для магнитна/ ГУЛОВОЛ при совершенствовании ихтехНОЛП1

Испытания проводили на микротвердо- мере ПМТ-3. осг-зи энном устройством для записи диаграмм;.-1, вдчзливания, до дости- хенмя чагрузк. на алглазную пирамиду Вик- ксрса 3,5 н. Диаграмму вдавливаний ферритов записывали в логарифмических координатах, Для кзжлого образца испыта- ,-шг; просоди и не 10 раз. Определяли опачен ч показателей тангенсов углоз наклона зависимости нагрузки на ин- дечтор от глубины вдавливания мндентора при ндавливан:,-.1 | и разгрузке. Затем по формуле рассчитывали хрупкость. Коэффициент вариации при подсчете хрупкости для каж0

5

0

5

0

5

Q g

дого испытуемого образца не превышал 0,04.

Анализ результатов испытаний показывает, что при изменении давления прессования и скорости охлаждения в пределах, соответственно. 20-80 МПа и 200-780 град/ч, поверхностная хрупкость ферритов возрастает, а затем падает. Минимальное значение хрупкости достигается при параметрах 75 МПа и 280 град/ч. Продолжительность и температура спекания, з также. время помола шихты также оказывает влияние на хрупкость ферритов. Минимальное значение хрупкости достигается при продолжительности спекания 5 ч, температуре спекания 1330°С и времени помолз шихты 27ч.

Использование способа позволяет повысить производительность труда путем сокращения трудоемкости при определении хрупкости материалов.

Формула изобретения Способ определения хрупкости материалов, заключающийся в том, что в испытуемый материал непрерывно вдавливают индентор, записывают диаграмму вдавливания, по которой оценивают работы упругого и пластического деформирования, и с их учетом определяют хрупкость материала, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, записывают диаграмму вдавливания в логарифмических координатах, измеряют тангенсы углов наклона зависимости нагрузки на индентор от глубины вдавливания инденторэ при вдавливании и разгрузке, а хрупкость определяют по формуле

X

1а+Д1

(ггГП)1

где п - тангенс угла наклона зависимости нагрузки на индентор от глубины вдавливания индентора к оси при вдавливании ин- дентора;

m - тангенс угла наклона зависимости нагрузки на индентор от глубины вдавлиаа- иия индеитора к оси при разгрузке индентора.

/Ь8 ;;01

Изобретение относился к механическим испытаниям материалов, в частности, к определению ил мерм хрулкости методом вдавливания инцечтора. Иель изобретения - повышение производительности. Испытуемый материал деформируют непрерывным 2 вдавливанием чкдентора с vnncb.o i.,jr- рамм вдавливания и ипредетянгт та1 углов наклона графиков зависимости на грузки Р на мндонтор от глубины h его внэд- реиия к оси при вдавливания и разгрузке. Затем рассчитывают меру хрупкости по формуле X nf l/ m-ii. где п - тянгенс наклона графика IgP- Igf(li) к оси igli вдавливании индентора - безразмерный коэффициент, характеризующий интенсивность ,пасг-л ского деформирования испытуемого м -есиала п, .акгенс угла наклона (h) к си Igh при разгрузке индгнтора - безразмерный коэф- ц ициент, характеризующий упругий потенциал испытуемого мзтеоиэ/ З ил. сл