Способ определения сравнительных физико-механических характеристик материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N19/02 

Изобретение относится к области испытания материалов и может быть использовано при деформационно-спектральном методе микромеханических испытаний.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ определения сравнительных физико-механических характеристик различных материалов, заключающийся в том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуще- ствляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора. по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов.

Недостатком известного способа является низкая точность сравнительных физико-механических характеристик исследуемых материалов. Это связано с тем, что определение механических свойств различных материалов велось при постоянной

нагрузке на индентор, При этом внедрение индентора в более пластичный материал будет осуществляться на большую глубину, чем в более твердый. Поэтому при сканировании исследуемой поверхности такие показа тел и, как максимальное значение энергетической спектральной плотности распределения силы контактного взаимодействия (Змакс) и срединная частота спектра (fcp) будут приближаться или даже превышать значения, полученные на более твердых материалах.

Цель изобретения - повышение точности определения сравнительных характеристик исследуемых материалов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора, по частотному спектру которой

QS

ел

N3

ш«

судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов,согласно изобретению нагрузку на индентор для каждого материала определяют из условия равенства между собой площадей контакта инденторэ с исследуемыми материалами.

В способе преодоление движущимся индентором случайно распределенных микроскопических и субмикроскопических барьеров, препятствующих упругопласти- ческим деформациям ведется для сравниваемых материалов з одинаковых условиях (при равенстве между собой площадей контакта индентора с исследуемой поверхностью), чго позволяет сравнивать статистические связи между сопротивлениями локальных объемов испытываемых материалов деформированию, создаваемому силовым воздействием.

Пример. Для оценки определения сравнительных физико-механических характеристик материалов методом деформа- ционно-спектрального анализа были выбраны два наплавочных материала ЗХ2В8 и 550Х44НЗЧГСР, разработанные ИЭСим Е.О.Патона АН УССР.

Наплавленные образцы диаметром 120 мм шлифовались на круглошлифо- вальном станке модели ЗБ12 при следующих условиях: использовался алмазный кругАСб 160/125 Ш-10-ЮОЛ/кр- 28 м/с; Зпр 0,5 м/мин; ,008 мм/да.ход; Уд 40 м/мин.

При этом для известного способа перемещали по поверхности исследуемых материалов нагруженный постоянной нормальной силой 2Н индентор (радиус 20 мкм) с постоянной скоростью 0,01 мм/С и осуществляли регистрацию силы сопротивления перемещению индентора: максимальное значение спектральной плоскости Змэкх и серединную частоту спектра fcp, по частотному спектру которой судили о сравнительных физико-механических характеристиках материалов.

При определении прочностных и деформационных свойств материзпов по предлагаемому способу исследования для материала 550х44НЗЧГСР производили тем же индентором при той же нагрузке 2Н. Определяли площадь контакта индентора с исследуемой поверхностью, А нагрузку на индентор для материала 3X2В8 определяли исходя из равенства площадей контакта с исследуемой поверхностью, которая в данном случае равнялась 1,39 Н.

Для проверки результатов известного и предлагаемого способа производили абразивное изнашивание полученных образцов в течение 80 мин. Условия изнашивания:

нагрузка - 20 МПа, скорость вращения испытываемого образца - 30 м/мин,скорость скольжения контртела - 1,8 м/мин. Изнашивание исследуемых образцов производилось в условиях сухого трения. Материал контртела - сталь 45. Износ определяли весовым методом. При этом для наплавки 550Х44Ы34 по известному способу получены следующие результаты: 5Макс 0,90

0 Н2/Гц; fcp 0,31 Гц. Износ 129 мг. По предлагаемому способу Змакс 0,92 10 2Н2/Гц; fcp 0,26 Гц; износ 125 мг. Для наплавки ЗХ2В8 по известному способу Змакс 0,86 10 2Н2/Гц; fcp 0,29 Гц; износ 242 мг. По

5 предлагаемому способу Змакс 0,69 10 2Н2/Гц; fcp 0,39 Гц; износ 244 мг.

Анализ результатов показывает следующее. Для материала 550X44Н34ГСР значение максимальной плотности выше, а

0 значение серединной частоты спектра ниже, чем для материала ЗХ2В8, значения которых получены по предлагаемому способу. Это говорит о том, что в материале 550Х44Н34ГСР преобладают прочные круп5 ные фрагменты, а в материале ЗХ2В8 - прочные мелкие фрагменты, что свидетельствует о лучшей износостойкости первого материала. Экспериментальные исследования абразивного изнашивания образцов

0 подтверждают результаты деформационно- спектрального анализа: абразивный износ наплавки 550Х44Н34ГСР ниже, чем наплавки ЗХ2В8.

Результаты экспериментов для выше5 указанных материалов, проведенных по известному способу, т.е. при постоянной нагрузке на индентор показывают, что значения максимальной спектральной плотности и серединной частоты спектра у них

0 близкие по величине. Из этого можно заключить, что материалы обладают одинаковой поверхностной прочностью, а следовательно, и одинаковой износостойкостью. Однако эксперименты по абразивному износу образцов по5 казывают, что износ наплавки 550Х44Н34ГСР значительно ниже, чем наплавки ЗХ2В8. Это свидетельствует о низкой точности в определении сравнительных физико-механических характеристик, выполненных по известному

0 способу.

Данные результаты подтверждают следующее. Наплавка 550Х44И34ГСР обладает большей поверхностной прочностью, чем наплавка 3X2В7, поэтому при постоянной на5 грузке на индентор, последний в наплавке 3X2В8 будет внедряться на большую глубину. Следовательно, учитывая во втором случае большую площадь контакта для материала ЗХ2В8 при преодолении случайно распределенных микроскопических и

субмикроскопических барьеров, препятствующих упруго-пластическим деформациям, будет затрачиваться и большая энергия на их преодоление, значения которой будут равняться или даже превышать значения для материала с большей поверхностной прочностью, в котором индентор при одинаковой нагрузке будет внедряться на меньшую глубину.

Следствием реализации предлагаемого технического решения является повышение срока службы реальных деталей, так как для конкретных условий эксплуатации можно, путем сравнительного анализа, подобрать материалы с требуемой поверхностной прочностью. Повышается точность сравнительных физико-механических характеристик различных материалов примерно на 40-50%.

Формула изобретения Способ определения сравнительных

физико-механических характеристик материалов, заключающийся а том. что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию

силы сопротивления перемещению инденто- ра, по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, нагрузку на индентор для каждого материала определяют из условия равенства между собой площадей контакта индентора с исследуемыми материалами.

Изобретение относится к области испытаний материалов и может быть использовано при деформационно-спектральном методе микромеханических исследований. Целью изобретения является повышение точности. Сущность изобретения заключается в том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора, по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, при этом нагрузку на индентор для каждого материала определяют из условия равенства между собой площадей контакта индентора с исследуемым материалом.