Способ определения сравнительных физико-механических характеристик материалов

 

Изобретение относится к области испытаний материалов и может быть использовано при деформационно-спектральном методе микромеханических исследований . Целью изобретения является повышение точности. Сущность изобретения заключается в том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора, по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, при этом нагрузку на индентор для каждого материала определяют из условия равенства между собой площадей контакта индентора с исследуемым материалом.

СОЮЗ COBETCKMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 и 19/02

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4752609 !28 (22) 26.10.89 (46) 30.08.92. Бюл. Мг 32 (71) Институт сверхтвердых материалов АН

УССР и Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Э.В.Рыжов, В.В.Запорожец, В.В.Варюхно, С.А.Клименко, Ю,А.Муковоз и Г.И.Рудник (56) Трение и износ, т. 1, 1980, М 4, с. 602 — 609, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области испытаний материалов и может быть использовано при деформационно-спектральном

Изобретение относится к области испытания материалов и может быть использовано при деформационно-спектральном методе микромеханических испытаний.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ определения сравнительных физико-механических характеристик различных материалов, заключающийся в том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагру женный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора, по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов.

Недостатком известного способа является низкая точность сравнительных физико-механических характеристик исследуемых материалов. Это связано с тем, что определение механических свойств различных материалов велось при постоянной

5U 1758521 А1 методе микромеханических исследований. Целью изобретения является повышение точности. Сущность изобретения заключается в том, чго перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора, по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, при этом нагрузку на индентор для каждого материала определяют иэ условия равенства между собой площадей контакта индентора с исследуемым материалом. нагрузке на индентор, При этом внедрение индентора в более пластичный материал будет осуществляться на большую глубину, чем в более твердый. Поэтому при сканировании исследуемой поверхности такие показатели, как максимальное значение энергетической спектральной плотности распределения силы контактного взаимодействия (SABKc) и срединная часгота спектра (fñð) будут приближаться или даже превышать значения, полученные на более твердых материалах.

Цель изобретения — повышение точности определения сравнительных характеристик исследуемых материалов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора, по частотному с пект ру кото рой

1758521 судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, согласно изобретению нагрузку на индентор для ка>кдого материала опреДеляют из условия равенства между собой площадей контакта индентора с исследуемыми материалами.

В способе преодоление движущимся индентором случайно распределенных микроскопических и субмикроскопических барьеров, препятствующих упругопластическим деформациям ведется для сравниваемых материалов .в одинаковых условиях (при равенстве между собой площадей контакта индентора с исследуемой поверхностью), «То позволяет сравнивать статистические связи между сопротивлениями локальных объемов испытываемых материалов деформированию,. создаваемому силовым воздействием.

Пример. Для оценки определения сравнительных физико-механических характеристик материалов методом деформационно-спектрального анализа были выбраны два наплавочных материала

ЗХ2В8 и 550Х44НЗЧГСР, разработанные

ИЭС им. Е.О.Патона АН УССР.

Наплавленные образцы диаметром

120 мм шлифовались на круглошлифовальном станке модели ЗБ12 при следующих условиях: использовался алмазный круг АС6 160/125 М1-10-100. Vgp -.- 28 м/с;

Snp = 0,5 мlмин; $л >в=0,008 мм/дв.ход;

Чд = 40 мlмин.

При этом для известного способа перемещали по поверхности исследуемых материалов нагруженный постоянной нормальной силой 2Н индентор (радиус 20 мкм) с постоянной скоростью 0,01 мм/С и осуществляли регистрацию силы сопротивления перемещению индентора . максимальное значение спектральной плоскости

Ясаке и серединную частоту спектра fcp, по частотному спектру которой судили о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, При определении прочностных и деформационных свойств материалов по предлагаемому способу исследования для материала 550x44H3ЧГСР производили тем же индентором при той же нагрузке 2Н, Определяли площадь контакта индентора с исследуемой поверхностью, А нагрузку на индентор для материала ЗХ2В8 определяли исходя из равенства площадей контакта с исследуемой поверхностью, которая в данном случае равнялась 1,39 Н.

Для проверки результатов известного и предлагаемого способа производили абразивное изнашивание полученных образцов в течение 80 мин. Условия изнашивания: нагрузка — 20 МПа, скорость вращения испытываемого образца — 30 м/мин, скорость скольжения контртела — 1,8 м/мин. Изнашивание исследуемых образцов производилось в условиях сухого трения. Материал контртела — сталь 45, Износ определяли весовым методом. При этом для наплавки

550Х44Н34 по известному способу получены следующие результаты: Suave = 0,90 10

10. Н /Гц; fcp = 0,31 Гц. Износ.129 мг. По предлагаемому способу Ямакс = 0,92 10 H /Гц;

-2 2

fcp = 0,26 Гц; износ 125 мг. Для наплавки

ЗХ2ВЯ по известному способу SMa« = 0,86

10 Н /Гц; fcp = 0,29 Гц; износ 242 мг. По

15 предлагаемому способу S ac = 0,69

10 Н /Гц; fcp = 0,39 Гц; износ 244 мг, Анализ результатов показывает следующее. Для материала 550Х44Н34ГСР значение максимальной плотности выше, а

20 значение серединной частоты спектра ни; же, чем для материала ЗХ2В8, значения которых получены по предлагаемому способу.

Это говорит о том, что в материале

550Х44Н34ГСР преобладают прочные круп25 ные фрагменты, а в материале 3X288 — прочные мелкие фрагменты, что свидетельствует о лучшей износостойкости первого материала, Экспериментальные исследования абразивного изнашивания образцов

30 подтверждают результаты деформационноспектрального анализа: абразивный износ наплавки 550X44H34I ниже, чем наплавки ЗХ2В8.

Результаты экспериментов для выше35 указанных материалов, проведенных по известному способу, т.е. при постоянной нагрузке на индентор показывают, что значения максимальной спектральной плотности и серединной частоты спектра у них

40 близкие по величине. Из этого можно заключить, что материалы обладают одинаковой поверхностной прочностью, а следовательно, и одинаковой износостойкостью. Однако эксперименты по абразивному износу образцов по45 казывают, что износ наплавки 550Х44Н34ГСР значительно ниже, чем наплавки 3Х288. Это свидетельствует о низкой точности в определении сравнительных физико-механических характеристик, выполненных по известному

50 способу.

Данные результаты подтверждают следующее. Наплавка 550Х44Н34ГСР обладает большей поверхностной прочностью, чем наплавка ЗХ2В7, поэтому при постоянной на55 грузке на индентор, последний в наплавке

ЗХ2В8 будет внедряться на большую глубину. Следовательно, учитывая во втором случае большую площадь контакта для материала 3Х288 при преодолении случайно распределенных микроскопических и

1758521 субмикроскопических барьеров, препятствующих упруго-пластическим деформациям, будет затрачиваться и большая энергия на их преодоление, значения которой будут равняться или даже превышать значения для материала с большей поверхностной прочностью, в котором индентор при одинаковой нагрузке будет внедряться на меньшую глубину. стик различных материалов примерно на

40-50 .

Формула изобретения

Способ определения сравнительных

5 физико-механических характеристик материалов, заключающийся а том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию

10 силы сопротивления перемещению индентора, по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, на15 грузку на индентор для каждого материала определяют из условия равенства между собой площадей контакта индентора с исследуемыми материалами.

Следствием реализации предлагаемого технического решения является повышение срока службы реальных деталей, так как для конкретных условий эксплуатации можно, путем сравнительного анализа, подобрать материалы с требуемой поверхностной прочностью. Повышается точность сравнительных физико-механических характериСоставитель С. Клименко

Редактор Л.Пчолинская Техред M.Mîðråíòàë Корректор A.Êîçoðèç

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

Заказ 2995 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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