Способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок



Способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок
Способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок
Способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок
Способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок
Способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок

 


Владельцы патента RU 2583332:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области контроля и диагностики совокупности эксплуатационных свойств износостойких покрытий, связанных, прежде всего, с твердостью, адгезионной прочностью, износостойкостью, и может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях, а также для покрытий, находящихся в условиях циклического нагружения, связанных, прежде всего, с эрозионной стойкостью поверхности. Сущность: осуществляют воздействие индентором на образец с износостойкими покрытиями деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия и оценивают результаты воздействия. Воздействие осуществляют с помощью высокоскоростной струи жидкости, используемой в качестве индентора, со скоростью 300…1000 м/с на образцы, предварительно прошедшие циклическое нагружение, имеющее волновой нестационарный характер, а оценивают результаты воздействия по скорости струи, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия или по скорости подачи сопловой головки относительно поверхности диагностируемого образца или изделия, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия, или по длине гидрокаверны от точки начала воздействия до точки полного разрушения покрытия или по глубине и ширине гидрокаверны. Технический результат: расширение возможностей контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок для определения остаточного ресурса покрытий на образцах. 5 ил.

 

Изобретение относится к области контроля и диагностики совокупности эксплуатационных свойств износостойких покрытий, связанных, прежде всего, с твердостью, адгезионной прочностью, износостойкостью, и может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях, а также для покрытий, находящихся в условиях циклического нагружения, связанных, прежде всего, с эрозионной стойкостью поверхности.

Известен способ контроля качества покрытий деталей, включающий обработку поверхности струей металлических шариков высокой твердости, скорость струи выбирают наибольшей, обеспечивающей целостность покрытия в течение заданного промежутка времени, определяют соответствующую этой скорости кинетическую энергию струи, по которой судят о качестве покрытия [авт. свид. №999755, опубл. 10.12.2005 г.].

Недостатками известного способа являются:

- невозможность осуществления воздействия на микроуровне (диаметр шариков ~1 мм);

- повышенный нестационарный шум при проведении исследования, не позволяющего, в частности, эффективно использовать дополнительные средства диагностики, например метод акустической эмиссии;

- необходимость периодической очистки и замены шариков вследствие их износа.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ динамической оценки качества сцепления покрытия с подложкой, заключающийся в том, что внедряют в покрытие индентор под нагрузкой, сообщают индентору перемещение по поверхности покрытия, регистрируют сигналы акустической эмиссии и параметр, по величине которого в момент резкого роста интенсивности сигналов акустической эмиссии судят о качестве сцепления. Нагрузку на индентор выбирают одинаковой для всех покрытий серии, перемещение индентору сообщают циклическое на отрезках одинаковой длины с одной и той же скоростью для всех покрытий, а в качестве параметра регистрируют время от начала перемещения индентора до момента резкого роста интенсивности сигналов акустической эмиссии (авт. свид. №1752059, опубл. 27.01.2010). Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - воздействие индентором на образец с износостойкими покрытиями деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия; оценка результатов воздействия.

К недостаткам известного способа, принятого за прототип, можно отнести:

- воздействие на образец происходит при невысокой скорости движения индентора (~0,5 мм/с), что исключает появление сложных эффектов, возникающих при интенсивном динамическом нагружении (волновые, колебательные, вибрационные и другие процессы);

- износ индентора, который приводит к необходимости его замены;

- характер деформирования и разрушения покрытия при нагружении его индентором какой-либо формы (шар, пирамида, конус и т.д.) значительно отличается от реальных воздействий на покрытие в процессе эксплуатации изделия;

- при воздействии на износостойкое покрытие, нанесенное на пластичное основание, будет осуществляться деформация основания (подложки), а не покрытия, которое при этом останется целым, что не позволит оценить его адгезионные, когезионные и другие износостойкие свойства.

Задача изобретения - расширение возможностей контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок для определения остаточного ресурса покрытий на образцах.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем воздействие индентором на образец с износостойкими покрытиями деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия и оценку результатов воздействия, согласно изобретению воздействие осуществляют с помощью высокоскоростной струи жидкости, используемой в качестве индентора, со скоростью 300…1000 м/с на образцы, предварительно прошедшие циклическое нагружение, имеющее волновой нестационарный характер, а оценивают результаты воздействия по скорости струи, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия или по скорости подачи сопловой головки относительно поверхности диагностируемого образца или изделия, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия, или по длине гидрокаверны от точки начала воздействия до точки полного разрушения покрытия или по глубине и ширине гидрокаверны.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - воздействие осуществляют с помощью высокоскоростной струи жидкости, используемой в качестве индентора, со скоростью 300…1000 м/с на образцы, предварительно прошедшие циклическое нагружение, имеющее волновой нестационарный характер; оценивают результаты воздействия по скорости струи, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия, или по скорости подачи сопловой головки относительно поверхности диагностируемого образца или изделия, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия, или по длине гидрокаверны от точки начала воздействия до точки полного разрушения покрытия или по глубине и ширине гидрокаверны.

Воздействие на серию образцов различным числом циклов усталостного нагружения, например 2·104, 4·104, 6·104, 8·104 до наибольшего числа циклов нагружения, при котором происходит разрушение образца, позволяет обеспечить для любого исследуемого материала получение гидрокаверны, по размерам которой можно исследовать свойства любых покрытий, практически любой твердости, тем самым гарантируя эффективную диагностику исследуемого образца.

После нагружения до усталостного разрушения осуществляют воздействие высокоскоростной струей жидкости на образцы. Параметры скорости струи 300…1000 м/с обеспечивают образование гидрокаверны на поверхности покрытия любой твердости.

Оценка результатов воздействия производится несколькими способами:

1. Скоростью струи, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия;

2. Скоростью подачи сопловой головки относительно поверхности диагностируемого образца или изделия;

3. Длиной гидрокаверны от точки начала воздействия до точки полного разрушения покрытия;

4. Измерением глубины и ширины гидрокаверны путем определения уноса массы с помощью высокоточных весов с точностью до 0,001 грамма, а также анализом сигнала, получаемого с помощью метода акустической эмиссии.

Использование различных способов оценки результатов воздействия струей расширяет возможности контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок для определения остаточного ресурса покрытий на образцах.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-5.

На фиг. 1 показана схема осуществления способа. На схеме обозначены: 1 - покрытие; 2 - образец; 3 - струя воды; 4 - сопловой блок установки гидроабразивной резки.

На фиг. 2 показан внешний вид полного разрушения покрытия.

На фиг. 3 показан внешний вид частичного разрушения покрытия.

На фиг. 4 изображена гидрокаверна при изменяемой скорости движения соплового блока.

На фиг. 5 изображен график зависимости глубины гидрокаверны от числа циклов усталостного нагружения.

Способ контроля и диагностики осуществляют следующим образом. Сопловым блоком установки гидроабразивной резки совершают поступательное прямолинейное движение (S), обеспечивая смещение точки воздействия струи со скоростью (0,3…20)10-3 м/с. Высокоскоростная струя жидкости, например воды, истекающая со скоростью V, вызывает разрушение покрытия (область этого разрушения показана на фиг. 1 штриховкой крест-накрест, а на фиг. 2, 3 показан внешний вид полного и частичного разрушения покрытия).

Эксперимент также проводят с уменьшенной скоростью движения соплового блока в направлении S, что дает оценку стойкости покрытия к различному времени действия струи. Критерием для сравнения стойкости покрытий является длина гидрокаверны от точки начала воздействия струи до точки полного разрушения покрытия. На фиг. 4 эта длина обозначена буквой L.

Помимо определения свойств покрытия предлагаемый способ позволяет оценить выработку пластичности материала образца при его усталостном нагружении.

Пример конкретного выполнения.

Производили диагностику образцов из листа стали марки AISI 430 (аналог 12X17) толщиной 1 мм с нанесенным на них покрытия из карбонитрида титана (TiCN) толщиной 2 мкм. Образцы подвергали циклическим испытаниям с числом циклов в диапазоне от 2·104 до 8·104. Затем они подвергались воздействию струи со скоростью 350 м/с при подаче соплового блока установки гидроабразивной резки со скоростью 15·10-3 м/с.

На фиг. 5 изображен график зависимости глубины гидрокаверны от числа циклов усталостного нагружения. По вертикальной оси отложена глубина гидрокаверны (мкм), а по горизонтальной - число циклов нагружения. В ходе экспериментов авторами впервые установлена такая зависимость. По графику обнаруживается момент начала ухудшения прочностных, адгезионных и других износостойких свойств покрытия. До точки, соответствующей 6·104 циклов, происходит снижение глубины каверны, что связано с выработкой пластичности материала образца. Далее видно, что в точке, соответствующей 6·104 циклов усталостного нагружения, начинается увеличение глубины гидрокаверны. Это обусловлено тем, что вследствие ухудшения износостойких характеристик покрытия происходит интенсивный отрыв его частиц, которые при действии высокоскоростной струи жидкости начинают вести себя как абразив. Схожее явление наблюдается и в реальных условиях эксплуатации: оторвавшиеся частицы покрытия, попадая между трущимися поверхностями, вызывают их преждевременный износ. Определение момента выработки покрытием своего ресурса и принятие мер по его восстановлению позволяет контролировать процесс износа.

Таким образом, заявляемый способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок приемлем для выбора оптимальных параметров покрытий конструкций, подверженных действию циклических нагрузок. Преимущества способа состоят в том, что он позволяет расширить возможности контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок для определения остаточного ресурса покрытий за счет воздействия высокоскоростной струи жидкости на образцы, прошедшие циклические нагружения.

Способ контроля и диагностики устойчивости покрытия к действию внешних нагрузок, включающий воздействие индентором на образец с износостойкими покрытиями деформирующей нагрузкой до разрушения покрытия и оценку результатов воздействия, отличающийся тем, что воздействие осуществляют с помощью высокоскоростной струи жидкости, используемой в качестве индентора, со скоростью 300…1000 м/с на образцы, предварительно прошедшие циклическое нагружение, имеющее волновой нестационарный характер, а оценивают результаты воздействия по скорости струи, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия, или по скорости подачи сопловой головки относительно поверхности диагностируемого образца или изделия, при которой начинается интенсивное разрушение покрытия, или по длине гидрокаверны от точки начала воздействия до точки полного разрушения покрытия или по глубине и ширине гидрокаверны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, в частности к определению изменения длительной прочности бетона во времени эксплуатируемых под нагрузкой в условиях внешней агрессивной среды бетонных и железобетонных конструкций.

Изобретение относится к измерительной технике и может быт использовано при испытаниях изделий на термическую стойкость. Заявлен способ испытаний полых изделий на термостойкость, заключающийся в нагреве изделия изнутри и охлаждении снаружи.

Изобретение относится к устройству для оценки термомеханической усталости материала, который подвергается воздействию горячего теплового потока. Устройство содержит образец для испытаний, имеющий "горячую" стенку с наружной поверхностью, которая подвергается воздействию теплового потока, и внутренней поверхностью, от которой отходят параллельные полосы, прикрепленные к этой внутренней поверхности и образующие между собой параллельные каналы; промежуточную часть, имеющую параллельные ребра, форма и размеры которых обеспечивают возможность их вставки в указанные каналы между полосами с образованием прохода в области внутренней поверхности горячей стенки для циркуляции охлаждающей жидкости.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для исследования термической усталости конструкционных материалов, и может быть использовано для экспериментального подтверждения расчетного прогноза малоцикловой прочности конструкционных материалов.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям, преимущественно, образцов горных пород. Стенд содержит основание, соосно установленные на нем захваты образца, устройство для нагружения образца осевой механической нагрузкой, механизм для взаимодействия с образцом, платформу для перемещения механизма вдоль оси захватов, платформу для перемещения механизма в вертикальном направлении перпендикулярно оси захватов и платформу для перемещения механизма в горизонтальном направлении перпендикулярно оси захватов.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям, преимущественно, образцов горных пород. Стенд содержит основание, соосно установленные на нем захваты образца, устройство для нагружения образца, связанное с захватами, механизм для механической обработки образца и платформу для перемещения механизма относительно оси захватов.

Изобретение относится к области энергетики, к устройствам для исследования термоусталости образцов, подверженных случайным температурным пульсациям в потоке жидкости, и может быть использовано в атомной энергетике и в транспортных энергетических устройствах.

Изобретение относится к испытаниям космической техники, а именно к установкам для имитации тепловых режимов работы элементов космических аппаратов. .

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к устройствам для исследования термоусталости образцов, подверженных случайным температурным пульсациям в потоке жидкости, и может быть использовано в атомной и теплоэнергетике и в транспортных энергетических установках.

Изобретение относится к способам испытания материалов на термоустойчивость. .

Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к устройствам для испытания смазок/масел жидких или полужидких составов. Знание адгезионных характеристик и качеств таких видов смазочных сред является весьма важным для различных двигателей, систем смазывания механического оборудования, космических систем и ответственных подвижных узлов специальной техники, работающих в условиях сильно изменяющихся температур как положительных, так и отрицательных.

Изобретение относится к области ракетной и измерительной техники и может быть использовано при выходном контроле на предприятии-изготовителе корпуса ракетного двигателя и входном контроле на предприятии-изготовителе твердотопливного заряда.

Изобретение относится к области испытания материалов. Отличительной особенностью заявленного способа определения адгезии пленки является то, что наблюдают за образованием купола в ходе процесса подачи равномерного внутреннего давления, форму основания (контура отрыва) купола принимают как эллиптическую с учетом анизотропных особенностей адгезива и анизотропии материала пленки, проводят измерение текущей высоты подъема купола и текущих размеров большой и малой полуосей основания купола, определяют механическое напряжение отрыва по формуле, по вычисленным значениям механического напряжения отрыва судят об адгезионных свойствах пленки к подложке.

Изобретение относится к процессам обработки металлов давлением и определения адгезионной составляющей силы трения. Способ определения оценки эффективности смазочных материалов с учетом величины силы выталкивания заготовки из полости матрицы заключается в измерении сил выдавливания и выталкивания образца с нанесенным на него эталонным и исследуемым смазочным материалом.

Изобретение относится в способам оценки прочности сцепления металлических покрытий с основой из металлов и сплавов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, где применяются газотермический и газодинамический методы нанесения покрытий для придания поверхности повышенных физико-механических характеристик.

Изобретение относится к конструкции прибора, предназначенного для количественного определения липкости препрега, представляющего собой композиционный материал, полученный путем пропитки армирующей волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими.

Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытий с подложкой. Способ определения прочности сцепления покрытия с кремниевой подложкой заключается в том, что покрытие с внешним серебряным слоем соединяют с деталями оснастки разрывной машины и разрывают покрытие.

Изобретение относится к способу и устройству для определения адгезионной прочности теплозащитных покрытий для образцов. Для определения адгезионной прочности теплозащитного покрытия на сдвиг на подложку, выполненную в виде наружных поверхностей двух соосно установленных с поджатием по стыку цилиндров, наносят покрытие в форме кольца, перекрывающего их стык.

Изобретение относится к устройствам для измерения показателей фрикционных и адгезионных свойств фильтрационной корки и может найти свое применение в нефтегазовой отрасли.
Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытия с основой. Технический результат достигается тем, что на основу наносят покрытие в виде «сидячей» капли, прикладывают к нему усилие и по величине разрушающей нагрузки определяют адгезионную прочность сцепления как отношение разрушающей нагрузки к площади отрыва покрытия, при этом на локальном участке покрытия формируют «сидячую» каплю из припоя с впаянной в нее гибкой тягой, а усилие на отрыв или на срез прикладывают к гибкой тяге, после отрыва «сидячей» капли с покрытием от основы оценивают площадь отрыва покрытия.
Наверх