Способ оценки абразивной износостойкости материалов

 

Изобретение относится к методам прогнозирования износостойкости материалов высокой твёрдости и может .быть использовано в машиностроении при оценке работоспособности металлеи минералокерамических материа .лов и покрытий. Цель изобретения - повышение точности при оценке абразивной износостойкости высокотвердых материалов. Для этого в способе оценки абразивной износостойкости, заключающемся в определении физико-механического показателя поверхности трения , вдавливанием пирамидального индентора по величине диагонали d отпечатка от центра отпечатка индентора фиксируют длину D образующейся трещины, увеличивая нагрузку Р на индентор, строят в логарифмических координатах графики зависимости Р f(d) и Р f(D), по их соотношению определяют критическую длину DKp, при которой начинается лавинообраз- ,ный процесс трещинообразования из условия п т, где питсоответстввнно тангенсы углов наклона графиков зависимостей Р f(d) и Р f(D), построенных в логарифмических координатах , и по ней оценивают износостойкость . 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 3/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4866548/28 (22) 11.06.90 (46) 07.01.93. Бюл. Г 1 (71) Волжский филиал Всесоюзного научно-,исследовательского института абразивов и шлифования (72) В,Ф.Бердиков.и О.И.Пушкарев (56) 1. Трение, изнашивание и смазка:

Справочник; кн. 1. M. Машинострое1978, с. 323-330, 2, Авторское свидетельство СССР

Г 1043520, кл. С 01 N 3/56, 1982. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ АБРАЗИВНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ИАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к методам прогнозирования износостойкости материалов высокой твердости и может быть использовано в машиностроении при оценке работоспособности металло" и минералокерамических материалов и покрытий. Цель изобретения повышение точности при оценке абраИзобретение относится к методам прогнозирования износостойкости материалов высокой (более 12 ГПа) твердости и может быть использовано в машиностроении при оценке работоспособности металло- и минералокерамических материалов и покрытий.

Известен способ оценки абразивной износостойкости материалов, заключающийся в определении микротвердости поверхности трения и прогнозировании по ее численному значению износостой" кости на основе установленной прямой связи указанных показателей при абразивном изнашивании (1J . Ц. 1786393 А1 зивной иэносостойкости высокотвердых материалов. Для этого в способе оценки абразивной износостойкости, заключающемся в определении физико-механического показателя поверхности трения, вдавливанием пирамидального индентора по величине диагонали d отпечатка от центра отпечатка индентора Фиксируют длину D образующейся трещины, увеличивая нагрузку Р на индентор, строят в логарифмических координатах графики зависимости Р =

= f(d) и. Р = f(D), по их соотношению определяют критическую длину D„>, при которой начинается лавинообразный процесс трещинообразования из условия n p m, где и и m - соответственно тангенсы углов наклона графиков зависимостей Р = f(d) и Р = f (D) „ построенных в логарифмических координатах, и по ней оценивают износостойкость. 1 табл,, 1 ил.

° и ! . -,(р

Однако этот способ может быть использован только для металлических материалов изнашивающихся в режиме микроцарапания,. когда микротвердость О абразива превышает в два и более раз (д . микротвердость истираемой поверхности и абразивные частицы внедряются в поверхность износа, При приближении микротвердости абразива и микротвердости истираемой поверхности прямая связь указанного показателя с износостойкостью нарушается и меняется характер износа: изнашиваwe осуществляется в основном за счет хрупкого усталостного выкрашивания

1786393 поверхности трения. Все это не позволяет достоверно оценивать износостойкость по показателю микротвердости, так как она характеризует только пластические свойства материала и не связана с его хрупкостью.

Известен также способ оценки износостойкости материалов, принятый за прототип, заключающийся в определе- 1О нии микротвердости поверхности трения и прогнозировании по ее численному значению износостойкости с учетом дисперсии значений микротвердости j2), I

Однако укаэанный способ также не 15 применим к материалам с высокой микротвердостью, так как их износостойкость не связана с указанным показателем, Целью изобретения является повыше- 2О ние точности при оценке износостойкости высокотвердых материалов.

Поставленная цель достигается тем, что, в способе, оценки абразивной износостойкости, заключающемся в определении физико-механического показателя поверхности трения вдавливанием пирамидального индентора по диагонали d отпечатка, от центра отпечатка индентора фиксируют длину D образую- 30 щейся трещины,. увеличивая нагрузку P на индентор строят в логарифмических координатах графики зависимостей P =

= f(d) и P = Е(Р), по графикам определяют критическую длину D«, при gr которой начинается лавинообразный процесс трещинообразования, и по ней оценивают износостойкость, причем величину Р кр определяют по соотношениям Г = à d" и Р = с: D из условия 4О и> и, где а, с - размерные постоянные, характеризующие соответственно прочностные и хрупкие свойства материала, n, n — безразмерные постоянные, характеризующие соответственно степень 45 интенсивности процессов упругопластического деформирования и хрупкого разрушения, причем 1,8 с и < 2, О, а на . стадии лавинообразного трещинообразования 1, 3 (тл с1, 4. 5<

На чертеже приведены графики основных закономерностей упругопластического деформирования и хрупкого разрушения высокотвердых материалов, при вдавливании пирамиды Виккерса, установленные авторами. График Х опи- 55 сывает зависимость диагонали отпечатка от нагрузки на индентор и характеризует процессы упругопластического деформирооания P =. а ° d", где 1,8с n < с 2,0. График II описывает связь длины образующейся при вдавливании трещины с нагрузкой на индентор и харак.теризует процессы хрупкого разрушения

P = с-D, причем на стадии лавинообразного трещинообразования 1,3 с пс (1,4.

Процесс хрупкого разрушения, трещинообразования, четко разделяется на две стадии, На первой стадии (Рс

< P ) происходит зарождение и медленное подрастание трещины до критического размера П„р, которое описывается Формулой P = Р„(DfD„ ).

Кр

Протяженность по величийе Э „ первой стадии зависит от хрупких и прочностных свойств испытуемого материала: чем более хрупок и менее прочен материал, тем D P меньше.

Долл хрупкого разрушения на первой стадии еще мала и она преобладает на второй стадии D > D kP, когда происходит лавинообразное трещинообразование.

Как показали эксперименты, величина 0 к1, связана прямой зависимостью с работоспособностью абразивоизносостойких покрытий прессоснастки при производстве шлифовального инструмента.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что при определении износостойкости материала учитывают влияние на ее величину как твердости, так и хрупкости материала при вдавливании пирамидального индентора под воздействием увеличиваемой нагрузки, Из соотношения величины диагонали отпечатка пирамиды Виккерса и нагрузки определяют критическую дли- ну образуюцейся трещины, по величине которой прогнозируют. износостойкость материала. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Известен способ определения иэносостойкости с учетом дисперсии значений твердости. Однако в этом случае не учитывается хрупкость материала, которая влияет на износостойкость, но учитывается в предлагаемом способе. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия".

E таблице приведены результаты

I сравнительных испытаний износостой86393 6 ческих координатах строят граФики за" висимостей Р = f (d) и P = f (D), по ним определяют критическую величину

D р, при которой начинается лавино образный процесс трещинообразования, по величине D K< прогнозируют работоспособность испытуемых материалов.

Материал, имеющий наибольшую величину D используют в качестве износостойкого покрытия.

Положительный эффект предлагаемого способа заключается в повышении эффективности выбора абразивоизносо" стойких покрытий и материалов и возможности совершенствования их технологии для повышения износостойкости, Формула

Способ оценки абразивно" износостойкости материалов, заключающийся в том, что вдавливают в испытуемый материал пирамидальный индентор, ре25 гистрируют размеры отпечатка и определяют параметр, по которому судят об износостойкости, о т л и ч а ю.. ц и и с я тем, что, с целью повыше- ния точности при оценке высокотвер3Q дых материалов, вдавливание производят прад возрастающей нагрузкой Р,. в качестве размеров регистрируют диагональ d отпечатка и длину D образующейся трещины, определяют зависимости

P = f (d) и P = f (D), а в качестве параметра определяют длину D p трещины в момент начала лавинообразного тре" щинообраэования, который соответствует моменту начала превышения и над

0 m где и и в - соответственно тан, генсы углов наклона графиков зависимостей P = f (d) и Р = f (D), построен: ных в логарифмических координатах.

Материал покрытия

Критическая длина трещины, мкм (предлагаемый способ) Относительная стойкость в производственных условиях

Способ нанесения

Микротвердость, ГПа (прототип) Серийная оправ- 0,8 ка без покрытия

Инструментальная сталь У-8

Ф

2,8

Карбид хрома Электрофорети- 1,8 ческий

5 17 ких покрытий по предлагаемому спосо-" бу, прототипу и данные по их относительной стойкости в производственных условиях Московского абразивного завода при Формовании кругов с диаметром отверстия 16 мм. Покрытия наносили на оправки прессоснастки, формообразующие посадочное отверстие круга.

Из таблицы видно, что твердость не является определяющей характеристикой работоспособности износостойких покрытий прессоснастки при производстве шлифовального инструмента и для этих целей наиболее целесообразно испольэовать показатель критической длины трещины D.® по предлагаемоГ му способу.

Подобная корреляция D q< обьясняется подобием процессов ийдентирования и прессования абразивных изделий, когда происходит циклическое вдавливание зерен прессуемых абразивных изделий в поверхность материалов прессоснастки и усталостное разрушение по.верхностей трения последних за счет их микрорастрескивания и хрупкого выкрашивания.

Пример. Для повышения износостойкости прессоснастки при производстве шлифовального инструмента из отобранного ряда высокотвердых мате,риалов, планируемых использовать в качестве абразивоизносостойких защитных покрытий, вырезают образцы, делают их шлиф, который испытывают на твердомере.

3 диапазоне нагрузок 0,5-60 Н

° :вдавливают пирамидальный индентор

8иккерса, определяют размеры диагонали отпечатка и. длины образующейся трецины от его центра. 8 логарифмиизобретения

1786393

Продолжение таблицы

Электродуговое 1,6 оксидирование

Окись алюминия

3,2

Карбид воль- Детонационное 2,1 фрама напыление

3,0

78

8,2

1,8

Горячее прессование, использовалось в виде защитной втулки (" рубашки" ) оправки

Композит:

Г диборит титана 003 алюминий 154 добавка 5Ф

Карбид бора Плазменное напы- 3,2 ление

Карбид ванадия

14 19

2 3

Составитель О.Пушкарев

Редактор С. Кулакова Техред М. Мор гентал Корректор И.Шулла

Заказ 1195 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

"фФ Ъ

Ь

Ь

Ч)

Дооаоноль блюематг а ф фя / -

>6+4" Р а-ой ла Р 4й @", ос,