Способ определения физико-механических характеристик материалов

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ , заключающийся в том,что внедряют индентор под нагрузкой в материал , производят разгрузку, регистрируют диаграмму вдавливания и разгрузки, измеряют площадь отпечатка и определяют соответствующую характеристику материала, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей , увеличивают нагрузку, дополнительно внедряют в тот же отпечаток индентор, разгружают его и измеряют площадь отпечатка, а соответствующую характеристику материала определяют с учетом дополнительно (Л измеренной площади отпечатка. с Восстанобленив отпечатка ( Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ СИИ Х

РЕСПУБЛИН (19) (11) З(511 G 01 N 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

dc0

Р1

Гпубина отпечатка

5ксп7анобление отпечавка й)

Фи .1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3565467/25-28 (22) 22.03.83 (46) 30.08.84. Бюл. й- 32 (72) С.И. Булычев, M.Х. Шоршоров, Л.К. Болотова, В.П. Алехин и Т.А. Чернышова (71) Институт металлургии им. A.À. Байкова (53) 620.178.152.3 (088.8) (56) 1. Бердиков В.Ф. и др . Опреде-. ление модуля Юнга различных абразивных материалов методом микровдавливания. — "Заводская лаборатория", 1975, Ф 8, с. 1014-1018.

2. Булычев С.И. и др. Определение модуля Юнга по диаграмме вдавливания индентора, — "Заводская лаборатория", 1975, 9 9, с. 1137-1141 (прототип) . (54) (57) .СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕ-

РИАЛОВ, заключающийся в том,что внедряют индентор под нагрузкой в материал, производят разгрузку, регистрируют диаграмму вдавливания и .разгрузки, измеряют площадь отпечатка и определяют соответствующую характеристику материала, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, увеличивают нагрузку, дополнительно внедряют в тот же отпечаток индентор, разгружают его и измеряют площадь отпечатка, а соответствующую характеристику материала определяют с учетом дополнительно измеренной площади отпечатка.

5 костью системы образец-прибор.

Недостатком известного способа является невозможность определения физико-механических характеристик

1О микротел с размерами от нескольких до десятков микрон, поскольку дополнительная деформация dN dP даже при высокой жесткости прибора соизмерима с величиной сФсй/ЗР для материалов микротел. Укаэанная дополнительная деформация зависит от формы и размеров микротела, а также от свойств .среды, в которой оно находится. Учесть влияние этих факторов известными способами невозможно.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей способа путем обеспечения возможности определения характеристик микротел, 25 прежде всего модуля Юнга и микротвердости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения физико-механических характеристик материалов, заключающемуся в том, что внедряют индентор под нагрузкой в материал, производят разгрузку, регистрируют диаграмму вдавливания и разгрузки, измеряют площадь отпе35 чатка и определяют соответствующую характеристику материала, увеличивают нагрузку, дополнительно внедряют в тот же отпечаток индентор, разгружают его и измеряют площадь

4О отпечатка, а соответствующую характеристику материала определяют с учетом дополнительно измеренной площади отпечатка.

1 1111065

Изобретение относится к способам испытания материалов путем вдавливания индентора с непрерывной или дискретной регистрацией нагрузки и глубины отпечатка и может бьггь использовано при испытании объектов, размеры которых малы (микротела), например различные фазы, интерметаллидные прослойки, отдельные частицы порошков, различные тонкие спецпокрытия и спецслои.

Известен способ определения модуля Юнга различных абразивных материалов методом микровдавливания, который основан на классическом решении задачи Герца об упругом вдавливании сферического индентора в упругое полупространство 1.11.

Недостатком способа является необходимость выполнения требования равенства нулю деформации на границе раздела такого объекта с окружающей средой. Это требование обусловливает необходимость увеличения размеров таких объектов. Кроме того, на поверхность испытываемого объекта необходимо нанести тонкий слой покрытия, а сам контур площади упругого контакта размыт, что вносит дополнительные погрешности.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способ определения физико-механических характеристик материала C2 ), заключающийся в том, что внедряют индентор под нагрузкой в материал, производят разгрузку, регистрируют диаграмму вдавливания и разгрузки, измеряют плбщадь отпечатка и определяют соответствующую характеристику материала, например, модуль Юнга Е по формуле: диаграммы;

aug Qg P — дополнительная деформация, связанная с жест(1) 5 где й, )4, Е и Е„ — коэффициенты

Пуассона и модули

Юнга материалов образца и индентора,:

F — площадь проекции отпечатка, сЬд/Q P — котангенс угла наклона начального участка ветви разгружения

На фиг.1 изображена типовая диаграмма вдавливания "нагрузка-глубина отпечатка"; на фиг.2 — диаграмма первого до нагрузки Р4 и повторного до нагрузки Р вдавливания в тот же отпечаток с регистрацией ветвей нагружения и разгрузки.

Способ реализуется следующим образом.

В выбранную точку микротела внедряют индентор, производят разгрузку, регистрируют диаграмму вдавливания до нагрузки Р и последующей разгрузки. Измеряют с помощью микроскопа площадь отпечатка, а также

1111065 угол наклона начального участка ветви разгружения. Затем увеличивают нагрузку до значения Р и дополнительно внедряют в тот же отпечаток индентор, разгружают его и измеряют площадь отпечатка. Соответствующую характеристику материала определяют с учетом дополнительно измеренной площади отпечатка, для чего вначале рассчитывают дополнительные суммарные деформации О м1 dP по формуле: сх9 4,ф Z дà — — — (2) где ck /дp=ñÜ>í d Г//< я

Q(g)g/Д Р вЂ” константа прибора, у г 1.р — интенсивность нормаль / Р ных смещений на границе микротела с окружающей средой ь 1"= F, — „фш/с P) ä- тангенсы углов наклона начальных участков ветвей разгружения при нагрузках Р, и Р, соответствующие углам at на фиг. 1, причем модуль Юнга Е материала микротела не зависит от размера отпечатка. Модуль,Е частицы рассчитывают по формуле (1), подставляя найденные по формуле (2) значения с4 /<фр.

Если есть вероятность нелинейной зависимости между нагрузкой на микротело и деформациями на его границе с окружающей средой, то испытание и соответствующий аналогичный расчет по формуле (2) проводят для нагрузок Р> и т.д. Затем строят зависимость сУ<.В> / : Р от нагрузок, усредняя их, т.е. для точек (Р + Р )/2, (Р + Р )/2 и т.д. Ступени между нагрузками Р и

5 Р и т.д. выбирают из условия полного перекрытия контура предыдущего отпечатка, для чего нагружение останавливают не раньше того; как ветвь повторного нагружения выйдет

1О на аппроксимированное продолжение ветви от предыдущего нагружения, фиг.2.

Для определения истинного значе1 ния микротвердости Н%, измеренной

15 по глубине отпечатка h, проводят новую ось нагрузок P под постоянным или переменным углом 0L к оси

Р при условии, что с Ы =Д(д,-/саар

Истинное значение микротвердости

20 Н рассчитывают по формуле:

Р Р 1 = (q Р= -(Р,,1, $ 11+Ь где

Способ позволяет определять фиgp зико-механические свойства микротел, размеры которых таковы, что при приложении к индентору необходимой испытательной нагрузки эти объекты или погружаются в окружающую их матЗ5 рицу,или деформируются H изменяют свою внешнюю форму, поскольку деформации от сосредоточенного нагружения распространяются до внешних границ этого тела. Кроме того, изоб4О ретение может быть использовано для определения жесткости отдельно прибора и системы образец-прибор.

1111065

Составитель Н. Шпунькин

Техред Л.Коцюбняк Корректор M. Максимишинец

Редактор Л. Пчелинская

Заказ 6301/34

Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4