Способ определения физико-механических характеристик материала
Изобретение относится к исследованию свойств материалов, предназначено для определения физико-механических характеристик поверхностных слоев материалов и позволяет расширить эксплуатационные возможности, Перед испытаниями на поверхность материала наносят слой другого материала, твердость которого не менее чем на порядок отлична от твердости испытуемого материала, а толщина больше высоты профиля микрогеометрии испытуемого материала , внедряют индентор в материал на глубину, большую толщины нанесенного слоя, производят выдержку и разгрузку с последующим определением искомых физико-механических характеристик по диаграмме , построенной в координатах усилие - глубина внедрения, начало которой совмещают с точкой перегиба. 2 ил. со
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4485706/28 (22) 23.09.88 (46) 15.01.92. Бюл. N.. 2 (71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР (72) А. IQ. Герасимов, М. Г. Сторчак и А. Н. Карпусь (53) 620. 178. 2(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР N. 1111065, кл. G 01 М 3/42, 1983. Авторское свидетельство СССР К 638873, кл. G 01 N 3/40, 1976. Авторское свидетельство СССР N . 373581, кл. G 01 N 3/42, 1970. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА Изобретение относится к исследованию характеристик материалов путем внедрения индентора в образец и может быть использовано для определения физико-механических характеристик поверхностных слоев материалов. Известен метод определения физикомеханических характеристик поверхностных слоев материалов по их микротвердости с регистрацией основных параметров в виде двухкоординатной диаграммы вдавливания нагрузка-глубина погру>кения индентора. Однако точность такого метода в значительной степени зависит от точного установления момента контакта индентора с испытуемым образцом. Установить этот момент при реализации способа невозможно, .Ю 1705725 А1 (57) Изобретение относится к исследованию свойств материалов, предназначено для определения физико-механических характеристик поверхностных слоев материалов и позволяет расширить эксплуатационные возможности, Перед испытаниями на поверхность материала наносят слой другого материала, твердость которого не менее чем на порядок отлична от твердости испытуемого материала, а толщина больше высоты профиля микрогеометрии испытуемого материала, внедряют индентор в материал на глубину, большую толщины нанесенного слоя, производят выдер>кку и разгрузку с последующим определен, ем искомьix физико-механических характеристик по диаграмме, построенной в координатах усилие— глубина внедрения, начало которой совмещают с точкой перегиба. 2 ил. что приводит к существенным ошибкам в значениях измеряемых параметров, Известен способ, реализуемый устройством для измерения твердости, содержащим чувствительный элемент, регистрирующий момент контакта индентора с поверхностью образца. Однако ввиду того, что базирующий наконечник чувствительного элемента удален он зоны контакта индентора с образцом,точное определение момента контакта индентора с образцом невозможно, что значительно искажает результаты измерений. Известен способ определения физикомеханических характеристик слоев материалов, включающий внедрение индентора в испытуемый материал, выдержку под нагрузкой и разгрузку при одновременной ре1705725 гистрации усилия и глубины внедрения ин— дентора на протяжении полного цикла испытаний с последующим определением искомых физико-механических характеристик по диаграмме, построенной в координатах усилие-глубина внедрения, При этом .чувст вител ьн ость измерител ьн ой схем ы прибора по каналу усилие" в первоначальный момент касания индентора с образцом увеличена, а эаl ем изменяется на заранее выбранный диапазон. Однако для фиксации момента контакта индентора с образцом по такому способу необходимо значительно увеличить чувствительность измерительного тракта, что существенно уменьшает производительность процесса измерений. Кроме того, такоl1 способ не позволяет производить измерения при малых нагрузках и глубинах внедрения до 0,5 мкм, что необходимо при исследовании поверхностных слоев материалов. Цель и обретения — расширение эксплуатациснных возможностей процесса определени«физико-механических характеристик материала эа счет воэможности определения хараI,Tåðèñòïê материалов при малых нагрузках, Поставленная цель достигается тем, то согласно способу определения физико-rиеханических характеристик материалов, включающему внедрение индентора в испытуемый материал, выдержку его под нагрузкой, разгружение при одновременной регистрации нагрузки и глубины внедрения индентора и построение диаграммы в координатах усилие — глубина внедрения, с учетом координат которой определяют физико-механические характеристики материала, перед внедрение t индентора наносят на поверхность испытуемого материала слой материала, твердосгь которого не veнее чем на порядок отличается от твердости испытуемого материала, а толщины больша высоты прВфиля микрогеометрии испытуемого материала, внедряют индентор на глубину, большую толщины слоя, получают точку перегиба на диаграмме, которую принимают за начало отсчета. На фиг, 1 приведен фрагмент внедрения индентора в испытуемый материал через нанесенный слой материала; на фиг. 2— пример диаграммы полного цикла испытаний. Способ осуществляется следующим образом. На поверхность образца 1 методом, например, вакуумного напыления наносят слой материала 2, твердость которо о не менее чем HB порядок отличается от твердости испытуемого материала, а толщина больше высоты микропрофиля поверхности о обраэцa R х. Затем в образец внедряют индентор 3 под нагрузкой, производят выдержку и разгрузку при одновременной ре5 гистрации усилия и глубины внедрения индентора 3 на протяжении полного цикла испытаний. Внедрение индентора производят на глубину, большую толщины нанесенного слоя, и точку перегиба на ветви 10 нагружения, характеризующую прохождение индентором границы нанесенного слоя и поверхности образца, принимают за начало отсчета (начало координат), Искомые физико-механические характеристики 15 материала определяются по площадям характерных участков диаграммы испытаний, построенной г, координатах усилие-глубина внедрения. П р и l- е р 1, При реализации способа в 20 качестге образцов для проведения испытаний испо IüýîLàëè заготовки из технической мели оазмером 50 х 20 к 10 твердостью 46» х 10 Н/м . На поверхность образца 1 метог дом вакуумного напыления наносили слой 2 25 кварца твердостью 720 10 Н/м,толщиной 8 мкм (R" ). Поверхность образцов испытуемого материала (меди) перед нанесением на них кварца шлифовали и полировали, при этом высота микропрофиля 30 поверхности образцов составляла 6 мкм (Г1 -: „). Б образец на глубину 12 мкм внедряли индентор 3 и по регистрируемому усилию строили диаграмму испытаний (фиг. 2). 35 На участке нагружения диаграммы в момент контакта индентора с испытуемым материаnnì возникает перегиб в точке Ог, характеризующий переход индентора из более твердого (в данном случае) в более мягкий 40 материал. Для определения физико-механических характеристик начало участка нагружения располагали в точке Ог перегиба и по площадям характернь|х участков диаграммы находили искомые характеристики как 45 отношение площади участка к общей площади диаграммы, Пример 2, Условия испытаний те же, что l1 в примере 1. Измерения производили на образцах размером 30 20 х 10 из эака50 ленной стали 40Х твердостью 870 10 Н/м . На поверхность образцов наносили г слой меди толщиной 8 мкм твердостью 56 gi 0 Н/м (в данном примере твердость матег риала образца более чем на порядок больше 55 твердости материала наносимого слоя). B этом случас индентор внедряли на величину 10 MKt4 первоначально в более мягкий материал (участок ветви нагружения диаграммы испытания пологий) и при переходе в более твердый материал испытуемого образца (участок ветви нагружения более крутой) на 1705725 участке нагружения диаграммы возникает точка перегиба Ор, принимаемая за начало отсчета. Приведенные примеры демонстрируют, что в зависимости от твердости испытуемо- 5 ro материала необходимо для нанесения покрытия использовать материал, твердость которого отличается от твердости материала образца. В указанных примерах величина внед- 10 рения индентора не превышала 4 мкм. Такие малые глубины внедрения в испытуемый образец позволяют исследовать поверхностные слои материала, что существенно расширяет технологические 15 возможности способа определения физикомеханических характеристик материалов, Формула изобретения Способ определения физико-механических характеристик материала, заключаю- 20 щийся B том, что внедряют индентор в испытуемый материал, выдерживают его под нагрузкой, разгружают его, одновременно регистрируют нагрузку и глубину внедрения индентора и строят диаграмму в координатах усилие — глубина внедрения, с учетом координат которой определяют физико-механические характеристики материала, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, перед внедрением индентора наносят на поверхность испытуемого материала слой материала, твердость которого не менее чем на порядок отлична от твердости испытуемого материала, а толщина больше высоты профиля микрогеометрии испытуемого материала, внедряют индентор на глубину, большую толщины слоя, получают точку перегиба на диаграмме, которую принимают за начало отсчета. Глинка Внедрений ин8ентара h, ижм Г Составитель П.Колобаев Редактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая Заказ 189, Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101
