Способ оценки абразивной износостойкости материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/56 

Изобретение относится к методам прогнозирования износостойкости материалов высокой (более 12 ГПа) твердости и может быть использовано в машиностроении при оценке работоспособности металле- и минералокерамических материалов и покрытий.

.Известен способ оценки абразивной износостойкости материалов, заключаю- щийся в определении микротвердости поверхности трения и прогнозировании по ее численному значению износостойкости на основе установленной прямой связи указанных показателей при абразивном изнашивании П.

Однако этот способ может быть ис пользован только для металлических материалов изнашивающихся в режиме микроцарапания, когда микротвердость абразива превышает в два и более раз :микротвердость истираемой поверхности и абразивные частицы внедряются в поверхность износа. При приближении микротвердости абразива и микротвердости истираемой поверхности прямая связь указанного показателя с износостойкостью нарушается и меняется характер износа: изнашивание осуществляется в основном за счет хрупкого усталостного выкрашивания

VJ 00 О СО

о со

поверхности трения. Все это не позволяет достоверно оценивать износостойкость по показателю микротвердости, так как она характеризует только пластические свойства материала и не связана с его хрупкостью.

Известен также способ оценки износостойкости материалов, принятый за прототип, заключающийся в определении микротвердости поверхности трения и прогнозировании по ее численному значению износостойкости с учетом дисперсии значений микротвердости z.

Однако указанный способ также не применим к материалам с высокой микротвердостью, так как их износостойкость, не связана с указанным показателем.

Целью изобретения является повышение точности при оценке износостойкости высокотвердых материалов.

Поставленная цель достигается тем, что, в способе, оценки абразивной износостойкости, заключающемся в определении физико-механического показателя поверхности трения вдавливанием пирамидального индентора по диагонали d отпечатка, от центра отпечатка индентора фиксируют длину D образующейся трещины,, увеличивая нагрузку Р на индентор строят в логарифмических координатах графики зависимостей Р f(d) и Р f(D), по графикам определяют критическую длину DKp, при которой начинается лавинообразный процесс трещинообразования, и по ней оценивают износостойкость, причем величину D кр определяют по соотношениям Р a-dh и Р c--Dmиз условия п п, где а, с - размерные постоянные, характеризующие соответственно прочностные и хрупкие свойства материала , п, и - безразмерные постоянные, характеризующие соответственно степень интенсивности процессов упругопласти- ческого деформирования и хрупкого разрушения, причем 1,8 п 2,0, а на .стадии лавинообразного трещинообразования 1,,К

На чертеже приведены графики основных закономерностей упругопласти- ческого деформирования и хрупкого разрушения высокотвёрдых материалов, при вдавливании пирамиды Виккерса, установленные авторами. График I описывает зависимость диагонали отпечатка от нагрузки на индентор и характеризует процессы упругопластического

деформирования Р a-dn, где 1, 2,0. График II описывает связь длины образующейся при вдавливании трещины с нагрузкой на индентор и характеризует процессы хрупкого разрушения

Р c-D

т

причем на стадии лавинооб0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

разного трещинообразования 1,3 п 1 , ( .

Процесс хрупкого разрушения, трещинообразования, четко разделяется на две стадии. На первой стадии (Р РКР) происходит зарождение и медленное подрастание трещины до критического размера DKp которое описывается формулой Р Ркр () .

Протяженность по величине D к« первой стадии зависит от хрупких и прочностных свойств испытуемого материала: чем более хрупок и менее прочен материал, тем DKp меньше.

Доля хрупкого разрушения на первой стадии еще мала и она преобладает, на второй стадии , когда происходит лавинообразное трещинооб- разование.

Как показали эксперименты, величина Dкр связана прямой зависимостью с работоспособностью абразивоизносо- стойких покрытий прессоснастки при производстве шлифовального инструмента.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что при определении износостойкости материала учитывают влияние на ее величину как твердости, так и хрупкости материала при вдавливании пирамидального индентора под воздействием увеличиваемой нагрузки. Из соотношения величины диагонали отпечатка пирамиды Виккерса и нагрузки определяют критическую длину образующейся трещины, по величине которой прогнозируют, износостойкость материала. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения новизна. Известен способ определения износостойкости с учетом дисперсии значений твердости. Однако в этом случае не учитывается хрупкость материала, которая влияет на износостойкость, но учитывается в предлагаемом способе. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию существенные отличия.

I таблице приведены результаты сравнительных испытаний износостойких покрытий по предлагаемому спосо- бу, прототипу и данные по их относительной стойкости в производственных условиях Московского абразивного завода при формовании кругов с диаметром отверстия 16 мм. Покрытия наносили на оправки прессоснастки, фор- мообразующие посадочное отверстие круга.

Из таблицы видно, что твердость не является определяющей характеристикой работоспособности износостойких покрытий прессоснастки при производстве шлифовального инструмента и для этих целей наиболее целесообразно использовать показатель критической длины трещины Dkp по предлагаемому способу.

Подобная корреляция Вкр объясняется подобием процессов индентирова- ния и прессования абразивных изделий, когда происходит циклическое вдавливание зерен прессуемых абразивных изделий в поверхность материалов пресс- оснастки и усталостное разрушение поверхностей трения последних за счет их микрорастрескивания и хрупкого выкрашивания.

Пример. Для повышения износостойкости прессоснастки при производстве шлифовального инструмента из отобранного ряда высокотвердых мате- .риалов, планируемых использовать в качестве абразивоизносостойких защитных покрытий, вырезают образцы, делают их шлиф, который испытывают на твердомере.

С диапазоне нагрузок 0,5-60. Н -вдавливают пирамидальный индентор Виккерса,- определяют размеры диагонали отпечатка и- длины образующейся трещины от его центра. 6 логарифми0

5

ческих координатах строят графики за., висимостей Р f(d) и Р f(T)), по ним определяют критическую величину В«р, ПРИ которой начинается лавинообразный процесс трещинообразования, по величине D кр прогнозируют работе- способность испытуемых материалов. Материа-л, имеющий наибольшую величи- НУ DKp,используют в качестве износостойкого покрытия.

Положительный эффект предлагаемого способа заключается в повышении эффективности выбора абразивоизносо- стойких покрытий и материалов и возможности совершенствования их технологии для повышения износостойкости.

Фор м у л а изобретения

0

Способ оценки абразивной износостойкости материалов, заключающийся в том, что вдавливают в испытуемый материал пирамидальный индентор, ре5 гистрируют размеры отпечатка и определяют параметр, по которому судят об износостойкости, отличаю- щ и и с я -тем, что, с цел ью повышения точности при оценке высокотвер0 дых материалов, вдавливание производят под возрастающей нагрузкой Р,. в качестве размеров регистрируют диагональ d отпечатка и длину D образующейся трещины, определяют зависимости Р f(d) и Р f(D), а в качестве параметра определяют длину D np трещины в момент начала лавинообразного трещинообразования, который соответствует моменту начала превышения п над m , где пищ- соответственно тан5

0

генсы углов наклона графиков зависимостей Р f(d) и Р f(D), построен- ;ных в логарифмических координатах.

Изобретение относится к методам прогнозирования износостойкости материалов высокой твёрдости и может .быть использовано в машиностроении при оценке работоспособности металле- и минералокерамических материа.лов и покрытий. Цель изобретения - повышение точности при оценке абразивной износостойкости высокотвердых материалов. Для этого в способе оценки абразивной износостойкости, заключающемся в определении физико-механического показателя поверхности трения, вдавливанием пирамидального ин- дентора по величине диагонали d отпечатка от центра отпечатка инденто- ра фиксируют длину D образующейся трещины, увеличивая нагрузку Р на ин- дентор, строят в логарифмических координатах графики зависимости Р f(d) и Р f(D), по их соотношению определяют критическую длину DKp, при которой начинается лавинообраз- ,ный процесс трещинообразования из условия п т, где пит- соответст- ввнно тангенсы углов наклона графиков зависимостей Р f(d) и Р f(D), построенных в логарифмических координатах, и по ней оценивают износостойкость. 1 табл., 1 ил.