Способ определения однородности физико-механических свойств материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/40 

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств материалов, . а именно к определению их однородности.

Целью предлагаемого изобретения является повышение информативности.

На чертеже представлены: трибограм- мы поверхностного слоя образцов из сплава ВТЗ-1 (фиг.1 - нагрузка на индентЈ р cH; фиг.2- сН; фиг.З - сН); графики спектральных плотностей при тех же нагрузках сканирования (фиг.4, 5, 6).

Предлагаемый способ реализован следующим образом. В качестве объекта исследования были выбраны образцы из сплава ВТЗ-1, применяемого в авиадвигателестро- ении. Было установлено, что при сканировании образцов из этого сплава алмазным индентором в виде пирамиды существенное влияние на результаты оказывали адгезион- ные явления (наливания материала на ин- дентор, вырывы вдоль следа сканирования). С целью исключения этого явления индентор был выполнен в виде катящегося ролика, диаметром 1,9 мм и шириной 0,3 мм из рубина, что позволило исключить адгезион- ные явления (адгезия при качении существенно ниже по сравнению со скольжением), локализовать деформации в исследуемом материале (благодаря малым размерам роликам) и практически исключить их для индентора (твердость индентора значительно выше твердости исследуемого материала, достигает 9 баллов по минералогической шкале, уступает лишь твердости алмаза).

Первое сканирование эталонного образ- ца производили при минимальной нагрузке сН, исходя из чувствительности экспериментальной установки. .

Формируемая в результате качения индентора. по поверхности тангенциальная и (или) нормальная составляющие силы контактного взаимодействия преобразовываются, например; с помощью механотронных

СО

о

4J

00

кэ

00

реобразователей, в электрические сигнаы. Усиленные прецизионным усилителем игналы преобразуются, например, посредтвом измерительной системы типа 484/2 в ашинные коды и накапливаются в реальом масштабе времени. Реализация случайного процесса изменения тангенциальной и или) нормальной составляющих силы контакного взаимодействия оценивают путем кор- рекционно-спектрального анализа в реальном масштабе времени по разработанным программам на ЭВМ М4030.

График спектральной плотности по ре- зультатам первого сканирования (фиг.4) позволяет выделить частотный диапазон колебаний индентора, связанных с влиянием шероховатости технологической обработки (0,7... 1,1 Гц)..

С учетом этого производили второе ска- нирвоание при нагрузке сН (увеличение нагрузки производится из следующих соображений: 1) Эффективная ширина трафика спектральной плотности должна увеличиться в связи с-влиянием структуры контролируемого материала; 2) на значение энергетической составляющей (спектральной плотности), затрачиваемой надеформи- рбвание материала, не должно оказывать влияние преодоление микрорельефа).

По полученным результатам (фиг.5) оценивали влияние шероховатости на спектральную плотность и характерный размер структурных элементов материала; отмечено увеличение частотного диапазойа (эффективной ширины графика спектральной плотности) от 0 до 1,1 Гц; энергетические затраты на упругое деформирование структуру поверхностного слоя больше в два раза, чем на-деформирование микрорельефа. В результате принимали решение об увеличении нагрузки, в связи с значительным влиянием микрорельефа на структуру графика спектральной плотности при заданной длине трассы сканирования.

Третье сканирование производили при нагрузке сН. График спектральной плотности (фиг,6) свидетельствует о наличии в поверхностном слое двух типов областей с различными физико-механическими свойствами на частотах (0,2 и 0,5 Гц соответственно).:

Приняв полученные трибоспёктраль- ные характеристики (математическое ожидание ,2 сН, дисперсия ,2x103 сН2) за эталонные, при том же режиме (нагрузка, скорость) сканировали аналогичные образцы после термомеханических воздействий,

имитирующих отдельные эксплуатационные режимы работы материала в газотурбинном двигателе.

Результаты исследований представлены на фиг.7, Как видно, огибающие графиков спектральной плотности различается по форме, что свидетельствует об изменении в структурном состоянии материала. Соответствующие трибоспектральные характеристики представлены в таблице.

В результате использование предлагаемого способа позволяет значительно более информативно оценивать однородность физико-механических свойств конструкционных материалов, оценивать их изменение в

процессе эксплуатационных воздействий. При накоплении определенного банка данных предлагаемый способ может быть использован при диагностировании технического состояния деталей и узлов объектов техники,

; .; . , ;-... -...

Формула изобретения

Способ определения однородности физико-механических свойств материалов, за«лишающийся в том, что приводят в контакт индентор в виде тела качения и исследуемую поверхность, воздействует на инден- тор нагрузкой, нормально направленной к поверхности исследуемой поверхности, пёремещают индентор вдоль исследуемой поверхности под нагрузкой, измеряют тангенциальное усилие трения качения индентора и определяют однородность физико-механических свойств материалов, о т л иц а ю щи и с я тем, что, с целью повышения информативности, после приведения в контакт перемещают дважды индентор вдоль исследуемой поверхности при нагрузке, соответствующей нагрузке перехода материала

от упругого деформирвоания к пластическому, измеряют шероховатость поверхности, оценивают спектральную плотность поверхности, второй раз перемещают индентор при нагрузке, превышающей предыдущую нагрузку, оценивают влияние шероховатости на спектральную плотность и с учетом полученных оценок определяют однородность физико-механических свойств материалов.

о цг w %б 0t8fff,0

ФигЛ

f,ru

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств материалов, а именно к определению их однородности. Способ заключается в том, что на исследуемую поверхность воздействуют индентором в виде тела качения под нормированной нормальной нагрузкой, воздействия производят в виде повторяющихся сканирований под ступенчато возрастающими нормальными нагрузками, нормированными из условия упругого деформирования поверхности, по спектральной плотности последнего сканирования с учетом результатов первого, оценивающего влияние шероховатости, судят о наличии равнопрочных областей (фрагментов) с одинаковыми физико-механическими свойствами. 7 ил.

Sxfff fft/ry

0,2 0,4 ф 0,8 tf Ц t/% fzff

Фиг$

$ Ю59 Н /Гц

о,г о,4 о,б цв w tf w

f ft