Способ определения отражательной способности поверхности материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИЧТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН(ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (sl)s 601M21/5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фм ии

ll ьФ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4353757/25 (22) 04.01.88 (46) 23.02.92. Бюл. й. 7

p1) Киевский институт инженеров гражданСкой авиации им. 60-летия СССР

p2)B.B..Запорожец, В.В. Цыганов и B.В, Варюхно (53) 536242(088.8) (56).Бердников Н.8. и дрь.Приборы для измвреният коэффициентов отражения зеркал.—

ОМП. 1977, ЬЬ 4, с. Е7.

Топорец А.C. Оптика шероховатой поверхности.. — Л.: Машиностроение.: 1988; с. 173-178. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ fl0BEPXH0СТИ МАТЕРИ. АЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике, точнее к измерениям оптиче. ских характеристик материалов,. и может

Изобратение относится к измерительной технике, точнее к измерению оптов;

СКИХ ХаРаптЕРИСтИК МатЕРИаЛОВт И МОжет . быть использовано для определения отражательной сп()собности полированных ме таллических.поверхнбстей деталей сложной кОНфигурации..

Цель изобретения — повышение точноСТИ.

Способ осуществляют следующимобраЗОМ

ПОверхмОсть детали сканируют иагру- жвнным индентором склерометричвского прибора. Измеряют величину.тангенцйаль-; ной составляющей силы сопротивления è()вврхностного слоя материала пра контактном деформировании вдоль Yp3(:6hl ((9) ((() ь

i 1 быть использовано для определения отражательной способности полированных металлических поверхностей деталей сложной конфигурации. Цель изобретения — повышение точности. Поверхность детали сканируют нагруженным индентором склерометрического прибора, измеряют величину тангенциальной составляющей сипы сопротивления поверхностного слоя мате-. риала и ри контактном деформ иро ва ни и вдоль трассы сканирования, определяют частотное распределение плотности вероятности отклонения этой величины от среднего значения, по полученному частотному распределе)(ию определяют частоту, разделяющую зтЬ распределение на две равновероятные области, и по.градуировоч, ной зависимости судят об отражательной способности поверхности материала. 5 ил., 1 табл..

° тарам сканирования. Определяют частотное распределение плотности вероятности отклонения этой величины от среднего-значения;

По полученному частотному распределению определяют частоту, разделяющую это распределение на две равновероятные области, и по градуировочной зависимосги судят . (Гд. об отражательной способности материала 1ьа

На фиг. 1 изображена зависимость тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностного слоя нержавеющей стали от различной прочности и размеров кристаллитов вдоль трассы., сканирования; на фиг. 2 — соответствующее частотное распределение плотности вероятности отклонения тангенциальной составляющей- силь) сОпротивления зтбго поверхностного слоя

1714473 от среднего значения вдоль трассы сканирования; на фиг. 3 — зависимость,тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностного слоя нержавеющей стали от раэмероа кристаллитов вдоль трассы сканирования; на фиг. 4 — соответствующее частотное распределение плотности вероятности отклонения тангенциальной составляющей силы сопротивления этого поверхностного слоя от среднего значения вдоль трассы сканирования; на фиг. 5— частотные распределения плотности вероятности отклонения тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностнйх слоев полированных образцов из нержавеющей стали с различной отражательной способностью оптического излучения.

В качестве измеряемых образцов взяты образцы горячекатаной термообработанной стали 12Х18Н10Т после обработки абразивными лентами, Для исключения влияния микрогеометрии поверхности на величину зеркального отражения сравнивают поверхности образцов одинаковой шероховатости. Различное состояние поверхностного слоя получают путем варьирования условий ленточного шлифования.

Условия обработки и характеристики обработанной поверхности представлены в, таблице.

Приведенные в таблице величины коэффициентов зеркального отражения этих об.разцов определя ют фотоэлектрическим блескометром ФБ-2 по сравнению с коэффициентом зеркального отражения зеркала бытового по ГОСТ 17716-82, величину которого принимают за 100 ф.

Поверхности образцов сканируют индентором, нагруженным силой 3,5Н, со скоростью V=26,5 мкмlс. При сканировании поверхности образца нагруженным индентором в зависимости от размеров и прочности кристаллитов. изменяется тангенциальная составляющая силы сопротивления поверхностного слоя контактному деформированию (фиг. 1), частотное рас- пределение плотности вероятности откло.нения от среднего значения которой вдоль трассы сканирования (фиг. 2) содержит ин.формацию о. структуре поверхностного слоя, эффективном размере фрагментов Р, Ч который определяется по формуле f= —, 2f где 1 — частота всплесков. Всплески значения тангенциальной составляющей силы сопротивления возникают либо на кристаллитах низкой твердости, либо между кристаллитами. Величина отражательной способности связана с размерами твердых кристаллитоа на поверхности преобладание которых характеризуется снижением частоты всплесков тангенциальной составляющей силы сопротивления (фиг. 3) и сме5 щением частотного распределения плотности вероятности отклонения этой силы от среднего значения вдоль трассы сканирования в область низких частот(фиг. 4), 10 Таким образом, структурное состояние поверхностного слоя определяется сопротивлением локальных участков контактному деформироаанию при сканировании алмазным индентором на приборе для склеромет15 рических исследований материалов. При испытаниях этими приббрами сила трения . алмазного индентора модулируется с частотой расположения фрагментов, характеризуется близкими по значению амплитудами

20 вследствие изменения прочности на грани-. це и внутри локальных областей.

В общем случае математическое описание структурного состояния поверхностного слоя дается совокупностью следующих

25 основных характеристик.

Математическое ожидание входного (выходного) сигнала

30 mx=t)m — J x(t)(3t, t< Т, Т т åî где x(t) — входной (выходной) сигнал;

Т вЂ” интервал времени наблюдения, 35 Математическое ожидание оценивает статическую, не зависящую от времени t составляющую входного (выходного) сигнала.

Дисперсия входного (аыходного) сиг" нала

О» = tlm J (x(t}-m„)Ô.

Т-+ со о

45 Дисперсия оценивает динамическую составляющую входного (аыходного) сигнала как его среднюю мощность колебаний отно-, сительно статической составляющей.

Корреляционная функция входного (аы50 ходного) сигнала

Т

Rx(t,0)= Ив — Ях(0 mxXx(U)- m»)dt, Т- оо " о

56 где U=t+ t, х - приращение времени.

Корреляционная функция оценивает связь значений входного (выходного) сигнала а различные моменты времени со скоростью его изменения.

1714473

25 стью около 30

35

45 сти, и по градуировочной зависимости судят об отражательной способности поверхности материала.

Частотное распределение плотности вероятности отклонения входного (выходного) сигнала or среднего значения, т.е. спектральная плотность входного (выходного) сигнала

+. oo — 2Щ 114Т

Sx(f) = f Вх(г u)e

Эта характеристика дает представление о гармоническом составе сигнала, распределении дисйерсии по частотам и позволяет оценить долю крупных и твердых кристал: литов на поверхности по смещению частотного распределения в область ниэких частот.

Смещение частотного распределения плотности вероятности отклонения сигнала от среднего значения для различных образцов удобно характеризовать частотой 1 р, разделяющей соответствующее распределение на две равновероятные области; Эта частоте определяется из соотношения св + oo

f S,(f)Н= f S,(f)uf, о ср как абсцисса, разделяющая ограниченную графиком S>(f) и осью Of фигуру на две равных по площади части.

Величина отражательной способности исследуемой поверхности материала определяется по заранее построенной градуировочной зависимости от fop для образцов с . различной однородностью поверхностного слоя и известной отражательной способностью.

Графики (фиг. 5) отображают частотные распределения плотности вероятности от-. клонения тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностного слоя образцов,.представленных в таблица, при контактном деформировании от среднего . значения вдоль трассы сканирования, .

Кривые на фиг. 5 и данные таблицй по-. казывают, что наиболее низкая зеркальная

20 отражаемость14ф соответствует поверхностному слою неоднородной структуры с наличием крупных и мелких фрагментов на частотах 0,20; 0,30; О; 60 и 0,75 Гц (кривая 1).

Более однородный поверхностный слой с преобладающей фрагментацией на частоте

0,25 Гц имеет и более высокую зеркальную отражаемость, составляющую 18 (кривая

2). Самая высокая зеркальная отражаемость

35 (получена на поверхности с однороднонапряженной крупнофрагментной структурой поверхностного слоя — фрагментация на частотах Π— 0,75 Гц (кривая 3). Соответствующие для этих графиков значения частот асср, разделяющих спектры колебаний на две оавновероятностные области, имеют значения 0,39; 0,27 и 0,2 Гц. Коэффициенты корреляции между fcp и коэффициентом зеркальной отражаемости находится в интервале от — 0,8 до. — 0,78.

Способ позволяет определять отражател ьную способность поверхности металли.ческих деталей сложной конфигурации беэ доступа оптических приборов с погрешноФормула изобретения

Способ определения отражательной способности поверхности материалов, заключающийся в том, что поверхность сканируют, измеряют характеристику поверхности вдоль трассы сканирования и по результатам измерения судят о величине отражательной способности поверхности материала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, поверхность сканируют индентором и измеряют величину тангенциальной составляющей силы сопротивления поверхностноГо слоя при контактном деформировании, определяют частотное распределение плотности вероятности отклонения этой величины от среднего значения вдоль трассы сканирования, определяют частоту, разделяющую это распределение на две равновероятные обла х йо ха. Ф а фао 3

Ф о Ф

CO х х -д м

g С

М о о

I» оФ (.7

K с о

I» о

X т

l о

Ф С сЧ с z p л и а -

3 о Ф

ФОН

Ю 3 С5

С5 Ф Cl

33 g

3 о

Ф с ххх

tA I@I

0 lC 3 и KlC5 l" X аЯ Ф

C5 - С

Ха

Ф с о с о

« «»

X

О.

Ф

CL

1714473

С Э СЧ СЧ

СЧ СЧ СЧ

cio o

В

Ы с* .. фл I 1 и

ООО

Ю CO CO

t» P» F

СЧ СЧ СЧ

СЧ CV CV ооо » боо

CO CO С Ъ ххх

CO Ю CO 1714473

Составитель С.Чукляев

Реддктор О.Юрковецкая ТехредМ.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 698 . Тираж . Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/б

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101