1
Изобретение относится к области исследбвания фрикционных свойств материалов и касается, в частности, изучения зависимости между касательиыми напряжениями, обусловленными молекулярным взаимодействием твердых тел при трении на границе их рйздела, и нормальными напряжениями.
I Известен образец для определения зависимости между касательными и нормальными напряжениями при трении путем врац ения вдавленного в него ин 1еитора, выполненный из исследуемого материала в виде монолитной пластины 1.
Недостатком этого образца является то, что приложением различной нагрузки на иидентор при вдавливании его в образец изменяется площадь контакта образца с индентором, а нормальные напряжения при этом практически не изменяются, что не позволяет установить связь между касательными и нормальными напряжениями в широком диапазоне.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является образец для определения зависимости между касательными и нормальными напряжениями при тре НИИ путем вращения вдавленного в него индентора, выполненного из двух, плотно соединенных между собой элементов из материалов различной твердости (2).
Недостатком такого образца является то, что более мягкий материал может быть нанесен только в виде тонкой пленки, поскольку увеличение толщины пленки снижает вли янне твердого элемента и не позволяет получить напряжения на образце, отличные от твердости мягкого элемента. Это ограничивает номенклатуру испытываемых матерна10 лов, поскольку не все материалы могут быть нанесены в внде тонких покрытий без изменения их физико-механических свойств.
Целью изобретения является увеличение номенклатуры исследуемых материалов.
Цель достигается тем, что в предлагаемом образце твердый элемент выполнен в виде обоймы, внутренний диаметр (Вв.об) которой выбирается из соотношения
)B.o6«5S где D - диаметр нндентора;
Х--%&;
«tnitt -диаметр лунки, соответствующий испытанию на твердость по Бринелю материала охватываемой части образца гфи использовании шара диаметром D, а высота Н образца выбирается из соотиошения D. На фиг. 1 изображен описываемый образец; на фиг. 2 и 3 - конструкции охватываемого элемента, обоймы; на фиг. 4 - схема течения материала образца при вдавливании в него индеитора. Образец содержит обойму 1 из твердого материала и охватываемый элемент 2 из мягкого материала. Образец используется следующим образом. При внедрении сферы в идеальное жесткопластическое полупространство область пластического течения материала охватывает в плане круг, диаметр которого приблизительно в два раза превышает диаметр лунки. Однако искусственным образом ограниченная при помощи твердой обоймы MN область, расположенная на расстоянии 2d (фиг. 4), искажает поле линий скольжения, что, в свою очередь, приводит к увеличению нормальных напряжений, возникающих на поверхности лунки. Экспериментально получено, что эффект влияния обоймы сказывается, когда внутренний диаметр твердой обоймы лежит в пределах:лА1)1)б.). С целью достижения большего эффекта зависимости средних нормальных напряжений от действующей нагрузки целесообразно Б дополнение к ограничению по внутреннему диаметру обоймы ввести и ограничение на высоту охватываемого элемента, который выполняется из исследуемого материала (жесткая стенка KL на фиг. 4). Известно, что глубина распространения зоны пластического течения hj материала при внедрении в него индентора зависит от глубины внедрения последнего h (4) и может быть представлеиа в виде где /С зависит от угла вдавливания и коэффициента пластического трения. При внедрениях, характерных для способа, в котором предлагается использовать - описываемый образец, можно принять, что /С 4. Тогда из геометрических соображений Я и h,A) Если выбрать такую высоту охватываемого элемента Н, что при первоначальном вдавливании она будет равна hj, то при последующих нагрузках hg будет больше N,H начнет проявляться эффект увеличения нормальных напряжений на контакте за счет ограничения распространения пластических деформаций в глубину исследуемого материала. С целью многократного использования одной и той же обоймы 1 целесообразно делать в ней коническое отверстие и соответственно выполнять охватываемый элемент 2 в виде усеченного конуса (фиг. 2). Если охватываемый элемент изготовлен в виде тонкой пластины, то во избежание ее выпучивания при вдавливании в нее иидентора целесообразно охватываемый элемент 2 размещать в сужающейся части конического отверстия обоймы 1 (фиг. 3). Описанный образец может быть использован и для изучения связи между нормальными и касательными напряжениями в случае, когда хотя бы один из исследуемых материалов нанесен в виде тонкого покрытия на подложку. Способ осуществляется следующиг образом. Сферический индентор устанавливают между двумя образцами, которые предварительно установлены соосно так, чтобы геометрические точки касания сферы с рабочими поверхностями охватываемых элементов лежали на их общей оси, прикладывают требуемую сжимающую нагрузку, линия 51ействий которой совпадает с упомянутой выше осью и осуществляют поворот сферического индентора, регистрируя при этом силу трения. По результатам этого опыта, используя известную методику, рассчитывают нормальные и касательные напряжения. Все последующие опыты проводят по такой схеме. Устанавливают сферический индентор в образованной в предыдущих опытах лунке, прикладывают сжимающую нагрузку больщую, чем предыдущая нагрузка, поворачивают сферический индеитор и регистрируют все необходимые параметры для расчета нормальных и касательных напряжений.. Формула изобретения Образец для определения зависимости между касательными и нормальными напряжениями при трении путем вращения вдавленного в него индентора, выполненного из двух, плотно соединенных между собой элементов из материалов различной твердости, отличающийся тем, что, с целью увеличения номенклатуры исследуемых материалов, твер дый элемент выполнен в виде обоймы, виутрениий диаметр (Dj.oB. ) | оторой выбирается из соотнощения e.oB.. где D - диаметр индентора; Л У. ; mCii -диаметр лунки, соответствующий испытанию на твердость по Бринелю материала охватываемой части образца при использовании шара диаметром D, а высота Н образца выбирается из соотношения ). Источники информации, принятые во виимание при экспертизе 1.Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов Б. С. Основы расчетов ita трение И износ. М., Машиностроение, 1977. с. 200202. 2.Михин Н. М. BHCLUHOO трение твердых тел.-М., Наука. 1977, с. 136 -i:i9 (прототип) .
&09
tpuel
yg.ffS
Фс/е
