Способ определения динамической микротвердости клиновидной детали

Авторы патента:

G01N3/48 - путем получения отпечатков от индентора при приложении к нему ударной нагрузки, например падающего шарика (G01N 3/54 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2290621:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к контролю прочности и изучению механических свойств материалов и может быть использовано для оценки качества лезвийного инструмента. Способ заключается во внедрении ударом в поверхностный слой клиновидной детали индентора, твердость которого значительно больше твердости детали. Внедрение индентора осуществляют со стороны кромки клина, в перпендикулярном к ней направлении и вдоль одной из поверхностей лезвия. После этого динамическую микротвердость определяют делением кинетической энергии удара на объем вытесненного материала. Технический результат заключается в повышении точности оценки динамической микротвердости. 4 ил.

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при оценке качества заточенного лезвийного инструмента.

Известен способ определения твердости металлической детали (см. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. В двух частях. Часть вторая. Механические испытания. Конструкционная прочность. - М.: Машиностроение, 1974. - С.69), в котором поверхность испытуемой детали царапают практически не деформирующимся (алмазным) индентором. При этом твердость образца определяют по отношению вертикальной нагрузки к квадрату полуширины царапины.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе вследствие нерезких краев царапины приходится измерять ширину большого числа царапин на каждом образце. Кроме того, способ неприменим в области, прилегающей к кромке клиновидной детали, так как свойства поверхностного слоя клиновидной детали сильно зависят от расстояния до кромки, а ширина царапины соизмерима с шириной области, где свойства поверхностного слоя образца зависят от расстояния до кромки.

Известен способ определения микротвердости поверхности детали (см. там же, с.83), в котором твердость определяют как отношение действующей нагрузки к площади поверхности отпечатка при вдавливании алмазной пирамиды с квадратным основанием и углом между противоположными гранями 136°.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что известный способ не применим в области, прилегающей к кромке клиновидной детали, так как свойства поверхностного слоя клиновидной заготовки сильно зависят от расстояния до кромки, а размер отпечатка соизмерим с шириной области, где свойства поверхностного слоя образца зависят от расстояния до кромки. Кроме того, деформация нежесткого клина под действием силы нагружения искажает результаты.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ определения динамической микротвердости поверхности детали (см. там же, с.71), принятый за прототип, в котором боек с укрепленным в нижней части шариком свободно падает на горизонтальную поверхность образца, зажатого в наковальню, а твердость определяют как отношение удельной работы вдавливания шарика и объема отпечатка.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что известный способ неприменим в области, прилегающей к кромке клиновидной детали, так как свойства поверхностного слоя клиновидной детали сильно зависят от расстояния до кромки, а размер отпечатка соизмерим с шириной области, где свойства поверхностного слоя детали зависят от расстояния до кромки. Кроме того, деформация нежесткого клина детали под действием удара искажает результаты.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Клиновидные детали, как правило, являются наиболее ответственными и сложными в изготовлении. При их механической обработке форма детали обуславливает неодинаковые свойства поверхностных слоев вблизи и вдали от кромки клина. Наиболее яркими представителями клиновидных деталей являются лезвийные режущие инструменты. Повышение стойкости лезвийного инструмента и производительности обработки им является актуальной задачей. Требования к качеству заточки режущих инструментов возросли в условиях автоматизированного производства. Однако оценить микротвердость лезвия (микротвердость поверхностного слоя вблизи кромки), определяющую износостойкость инструмента, не представляется возможным ввиду отсутствия надежных способов измерениям микротвердости клиновидных деталей.

Технический результат - повышение точности оценки динамической микротвердости клиновидной детали.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе индентор, твердость которого значительно больше твердости детали, внедряют ударом в поверхностный слой клиновидной детали, а затем измеряют размер отпечатка. Особенность заключается в том, что внедрение индентора осуществляют со стороны кромки клина, в перпендикулярном к ней направлении и вдоль одной из поверхностей лезвия, динамическую микротвердость определяют делением кинетической энергии удара на объем вытесненного материала.

На чертежах представлено:

На фиг.1 и 2 изображены схемы ударного нагружения клиновидной детали соответственно цилиндрическим и призматическим индентором, на фиг.3 и 4 изображены (увеличено) схемы к определению площади отпечатка на детали после ее ударного нагружения соответственно цилиндрическим и призматическим индентором.

Устройство для реализации способа по фиг.1 содержит деталь 1, клиновая часть которой введена в соприкосновение с цилиндрическим индентором 2.

Устройство для реализации способа по фиг.2 содержит деталь 1, клиновая часть которой введена в соприкосновение с призматическим индентором 2.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

Устройство, реализующее заявляемый способ, содержит индентор 2, контактная поверхность которого выполнена в виде цилиндра (см. фиг.1) или призмы (см. фиг.2) из материала, твердость которого существенно больше твердости материала измеряемой детали (например, алмаз, твердый сплав). Индентор вводят в контакт с кромкой клина 1 таким образом, чтобы ось цилиндра (призмы) была перпендикулярна к ней. Кроме того, ось цилиндра (призмы) должна быть перпендикулярна одной из поверхностей клина, вдоль которой направляют вектор скорости υ индентора, обладающего нормированной энергией (нормированы масса индентора и его скорость). Повторные удары после отскока недопустимы. Затем с помощью микроскопа измеряют длину h отпечатка (см. фиг.3). Зная угол заострения клина α и радиус R индентора, вычисляют объем V, мм³, отпечатка:

где α - угол клина детали, рад; R - радиус ударной кромки копра, мм; h - глубина лунки, мм; b - глубина внедрения индентора в деталь, мм; ϕ - центральный угол контакта индентор - деталь, рад.

В случае ударного нагружения призматическим индентором для расчета объема отпечатка V используют угол призмы β:

Вычисляют кинетическую энергию удара индентора:

где m - масса индентора (бойка), кг; υ - скорость индентора до удара, м/с.

Затем вычисляют динамическую микротвердость клина:

Энергия удара Е измеряется в Джоулях, объем V - в мм³, микротвердость H_д - ГПа.

Динамическая микротвердость клиновидной детали позволяет оценить ее свойства вблизи кромки клина на расстоянии менее b.

Глубина отпечатка b ограничена радиусом R цилиндра (см. фиг.3) и высотой С основания призмы (см. фиг.2). Для исследования поверхностного слоя на большую глубину используют цилиндрический индентор большего диаметра или высоты основания призмы.

Динамическая микротвердость, в отличие от прототипа, отражает свойства поверхностного слоя клиновой части детали и может быть использована для оценки эксплуатационных качеств клиновидной детали или свойств ее заготовки.

Способ определения динамической микротвердости клиновидной детали, при котором индентор, твердость которого значительно больше твердости детали, внедряют ударом в поверхностный слой клиновидной детали, а затем измеряют размер отпечатка, отличающийся тем, что внедрение индентора осуществляют со стороны кромки клина в перпендикулярном к ней направлении и вдоль одной из поверхностей лезвия, динамическую микротвердость определяют делением кинетической энергии удара на объем вытесненного материала.

Изобретение относится к методам испытания материалов, в частности к способам определения их твердости. .

Способ определения динамической микротвердости клиновидной детали // 2284025

Изобретение относится к металлообработке. .

Способ определения динамической микротвердости поверхностного слоя клиновидной детали // 2281474

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при оценке качества заточенного лезвийного инструмента. .

Способ определения динамической микротвердости поверхностного слоя клиновидной детали // 2279056

Устройство для определения динамических и упругогистерезисных свойств высокоэластичных материалов // 2266531

Изобретение относится к средствам определения физико-механических свойств эластомеров, в том числе и резин, в условиях динамического (ударного) нагружения. .

Способ определения динамической твердости материалов // 2258211

Изобретение относится к области определения характеристик материалов при ударном нагружении, в частности к способам определения динамической твердости материалов при ударном контактном нагружении.

Способ определения твердости металла тонкостенных оболочек // 2237881

Изобретение относится к методикам измерения твердости материалов. .

Микротвердомер // 2231041

Изобретение относится к устройствам для исследования и определения механических свойств материалов путем приложения к ним механических усилий, а именно к микротвердомерам, регистрирующих диаграммы вдавливания индентора в материал в координатах “сила - глубина отпечатка”.

Способ контроля механических характеристик материалов // 2193768

Изобретение относится к способам контроля механических характеристик исследуемых материалов. .

Устройство для измерения прочности строительных материалов // 2170920

Способ определения твердости материала в точке поверхности однородного металлического изделия // 2300752

Изобретение относится к измерительной технике

Динамический измеритель твердости // 2357226

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам

Способ и устройство для определения твердости и модуля упругости полимерных материалов // 2438114

Способ прогнозирования течения артериальной гипертензии у детей и подростков // 2446735

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в педиатрии и детской кардиоревматологии

Измеритель прочности твердого тела // 2473069

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при возведении бетонных фундаментов, каналов и других сооружений, возводимых для целей охраны государственной границы, а также в строительной, горной и гидротехнической промышленности при выполнении контроля прочности массивов, возводимых из твердеющих материалов, а также массивов горных пород

Способ оценки техногенного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами // 2485477

Изобретение относится к экологии, в частности к области защиты окружающей среды

Способ определения модуля упругости материала // 2526233

Изобретение относится к способам определения модуля упругости материала и может быть использовано при решении целого ряда практических и теоретических задач, для выполнения которых необходима информация об упругих свойствах материалов и сред, а также об изменении данных свойств вследствие влияния различных факторов. Сущность: свободно падающим индентором шарообразной формы с известными свойствами наносится удар по образцу исследуемого материала и фиксируют параметры ударного взаимодействия системы: время удара и время между первым и вторым соударениями индентора с образцом исследуемого материала (высота отскока), максимальная величина силы ударного взаимодействия индентора и время, соответствующее максимальной величине силы ударного взаимодействия. Далее выполняется расчет с помощью разработанной механореологической упруго-вязко-пластичной модели, в результате расчета подбирается такое значение модуля упругости материала исследуемого образца, при котором динамика процесса ударного взаимодействия на расчетной модели соответствует экспериментальным данным. Технический результат: повышение достоверности и расширение области применения способа. 3 ил.

Способ определения свойств материала наноиндентированием // 2551263

Способ может быть использован в сканирующей зондовой микроскопии для определения электрического напряжения, модуля упругости, твердости, вязкости, пластичности пьезоэлектрических материалов, компонентов микро- и наноэлектромеханических систем, а также биомикроэлектромеханических устройств. Наноиндентирование материала выполняют жестким индентором с постоянной скоростью. Регистрируют одновременно изменение электрического напряжения и контактной силы при вдавливании индентора в материал, например пьезоэлектрик. Измерения выполняют по крайней мере для двух температур материала. Технический результат - расширение функциональных возможностей определения свойств материала наноиндентированием, возможность определения значения нагрузки, которое приводит к фазовому переходу. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ определения прочностных свойств материалов при динамическом нагружении // 2553425

Изобретение относится к области определения характеристик материалов при ударном нагружении, в частности к способам определения динамического предела текучести грунта при проникании в образец из исследуемого материала ударника при заданной ему средствами разгона скорости. Сущность: осуществляют проведение эксперимента с внедрением ударника в исследуемый материал с последующим численным моделированием этого процесса и варьированием при расчетах параметров функции, связывающей предел текучести грунта с давлением, вплоть до уменьшения различия между результатами численного моделирования и эксперимента до величины экспериментальной погрешности, по соотношениям с подобранными параметрами определяют прочностные характеристики грунта в диапазоне динамических нагрузок, реализованных в эксперименте. Метание ударника осуществляют с помощью баллистической установки со скоростью, при которой в процессе внедрения происходит интенсивная пластическая деформация ударника с уменьшением его длины. Длину ударника выбирают превышающей его диаметр не менее, чем в 4 раза. Процесс внедрения регистрируют с помощью рентгено- или протонографии и определяют в исследуемом образце профиль образующейся каверны и длину недеформируемой части ударника на момент времени регистрации. Технический результат: повышение информативности путем обеспечения определения предела текучести материалов при скорости внедрения ударника в исследуемый материал выше 2 км/с, а также неизменности физико-механических свойств исследуемого материала перед ударом. 3 ил.

Способ определения границ пластичности грунтов // 2631616

Изобретение относится к области инженерных изысканий. В способе определения границ пластичности грунтов, заключающемся в определении удельного сопротивления одного образца грунта, имеющего известные значения показателей wm и kw линейной зависимости влажности грунта на границе текучести от числа пластичности WL=wm+kw⋅Iр, при степени влажности 0,97-0,98, погружению конусного индентора с углом 30° при вершине и определении по формулам влажности грунта на границе текучести и на границе раскатывания, образец грунта помещают в цилиндрическую камеру диаметром не менее 60 мм и высотой не менее 45 мм и размещают соосно вершине конуса индентора, а погружение конусного индентора производят с постоянной скоростью, равной 120 мм/мин, на глубину до 35 мм и с регистрацией величины сопротивления грунта через каждые 0,01 мм погружения конусного индентора с дискретностью не более 2,0 Н, при этом в полученном массиве значений сопротивления образца грунта погружению конусного индентора выделяют диапазон инвариантных значений сопротивления грунта погружению конусного индентора из заданного соотношения, а определение влажности грунта на границе текучести и на границе раскатывания производят на основании заданных расчетных зависимостей. Достигается упрощение и ускорение определения границ пластичности грунтов, исключение влияния на результаты определений субъективных факторов, возможность оценки погрешности определения удельного сопротивления грунта пенетрации при испытании одного образца грунта. 1 ил.