RU2327137C2 - Способ оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя - Google Patents
Способ оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2327137C2 RU2327137C2 RU2005127007/28A RU2005127007A RU2327137C2 RU 2327137 C2 RU2327137 C2 RU 2327137C2 RU 2005127007/28 A RU2005127007/28 A RU 2005127007/28A RU 2005127007 A RU2005127007 A RU 2005127007A RU 2327137 C2 RU2327137 C2 RU 2327137C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- surface layer
- indenter
- activation energy
- destruction
- deformed
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Изобретение относится к механике разрушения материалов. Сущность: производят деформирование поверхностного слоя образцов алмазным индентором. По характеристикам деформирования рассчитывают удельную работу пластической деформации поверхностного слоя и приравнивают ее к величине энергии активации разрушения этого слоя. Количество деформированного материала принимают постоянным, причем за одно действие оператора автоматически производится три действия склерометра: опускание индентора к испытываемой поверхности, внедрение индентора в поверхностный слой на заданную глубину и тангенциальное пропахивание материала поверхностного слоя индентором при постоянной величине его заглубления.
Технический результат: упрощение реализации способа и повышение точности оценки энергии активации. 1 ил.
Description
Область применения предлагаемого способа оценки энергии активации разрушения поверхностного слоя материала - механика разрушения материалов, а именно безобразцовый контроль фактического состояния материалов при эксплуатации. Способ может быть использован в лабораториях материаловедения при контроле технического состояния объектов промышленности.
Известен способ исследования энергии активации разрушения материалов методом микротвердости [1], принятый за аналог; при котором измеряют диагональ отпечатков индентора при разных температурах, нагрузках на индентор и времени действия нагрузки. По измеренным данным находят мгновенную скорость внедрения индентора и соответствующее ей напряжение при различных температурах и разных значениях микротвердости Нμ; далее, используя графические построения и математические вычисления, находят энергию активации U0.
Главное преимущество способа [1] состоит в том, что энергия активации разрушения исследуется в тонком поверхностном слое материала, отражающем аномалию его свойств, обусловленную границей твердого тела (обрывом связей) и последствиями его обработки.
Недостатком аналога является невозможность оценить энергию активации материала с учетом его фактического состояния в изнашиваемых парах, а также невозможность оценить влияние анизотропии механических свойств при одновременном действии нормальных и касательных напряжений, действующих на поверхности материала при трении.
Прототипом заявляемого способа является способ оценки энергии активации разрушения поверхностей, деформированных трением [2]. При этом способе для оценки активации разрушения поверхностного слоя вначале производят приработку образцов в условиях эксплуатации или на соответствующих машинах трения при действии заданного рабочего режима (среды, давлений, температур и др.). Затем на приработанную поверхность образцов алмазным индентором (пирамидой Виккерса) наносят царапины вдоль направления текстуры, измеряют ширину царапины и силу трения, а затем рассчитывают количество вытесненного материала и работу сил трения. Энергия активации U0 разрушения поверхностного слоя образца определяется из равенства:
U0=Wцарап/Vдеф,
где Wцарап - энергия, затраченная на царапание [кДж];
Vдеф - количество вытесненного материала [моль].
Недостатком прототипа является необходимость измерения ширины микроцарапины для оценки количества деформированного вещества, что значительно повышает трудоемкость, а также усложняет реализацию, требуя наличия в устройстве высокоточных оптических средств измерения. Кроме того, визуальная оценка ширины царапины не лишена субъективной погрешности, вносимой оператором.
Техническим результатом заявляемого способа является упрощение его реализации и повышение точности оценки энергии активации при сохранении преимуществ, достигнутых в прототипе. Этот результат достигается за счет устранения необходимости измерения объема микродеформации поверхностного слоя.
Данный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя производят деформирование поверхностного слоя образцов алмазным индентором, по характеристикам деформирования рассчитывают удельную работу пластической деформации поверхностного слоя и приравнивают ее к величине энергии активации разрушения этого слоя, при этом количество деформированного материала принимают постоянным, причем за одно действие оператора автоматически производится три действия склерометра: опускание индентора к испытываемой поверхности, внедрение индентора в поверхностный слой на заданную глубину и тангенциальное пропахивание материала поверхностного слоя индентором при постоянной величине его заглубления.
Сущность изобретения - вместо измерения размеров микродеформации поверхностного слоя осуществляют оценку тангенциальной силы сопротивления деформации при царапании, что технически реализуется значительно проще. Причем заявляемый способ можно реализовать за одно действие оператора, например нажатие на кнопку склерометра.
Предложенный способ выполняется следующим образом. Сначала поверхность выбранного материала подготавливают к испытаниям путем удаления верхнего дефектного и окисленного слоя, не отражающего фактические свойства материала, например, путем шлифования, полирования, доводки, травления и т.п. При этом одновременно выравнивают (уменьшают волнистость и шероховатость) локальный участок поверхности. Если необходимо оценить свойства материала трущихся поверхностей, то деталь перед испытаниями прирабатывают на машине трения в режимах, соответствующих эксплуатационным. Затем на поверхность опускают индентор, например алмазную пирамиду Виккерса или любой другой с углом при вершине, обеспечивающим пластическое оттеснение более мягкого материала при склерометрировании без микрорезания, т.е. без образования стружки. Внедряют вершину индентора в поверхностный слой на заданную глубину, например на 5 мкм. Далее выполняют тангенциальное перемещение заглубленного индентора (царапание) на определенное расстояние, например на 500 мкм, со скоростью, исключающей возникновение динамических эффектов, например со скоростью 50 мкм/с. На протяжении всего пропахивания материала поверхностного слоя глубину внедрения индентора сохраняют постоянной, обеспечивая этим условие постоянства количества вытесняемого материала. Одновременно с царапанием оценивают величину касательной нагрузки, например, при помощи тензодатчика, полученные данные передают и сохраняют в памяти контроллера. Далее индентор поднимают и опускают на новый участок испытываемой поверхности, где вновь повторяют операцию склерометрирования. Таким образом склерометрирование повторяют определенное количество раз, требуемое для обеспечения необходимой точности измерений касательной силы. Затем, при помощи контроллера, усредняют экспериментальные данные и рассчитывают энергию активации поверхностного слоя, как отношение измеренной и усредненной касательной силы на площадь поперечного сечения образуемой при склерометрировании борозды, которая заранее рассчитывается, исходя из геометрии вершины индентора и величины его заглубления при испытаниях, и сохраняется в памяти микроконтроллера. Расчет энергии активации производится по формуле
где Fτ - касательное сопротивление пластической деформации (Н);
Vm - молярный объем материала поверхностного слоя (мм3/моль);
h - глубина внедрения индентора (мкм).
Предлагаемый способ оценки активации разрушения материала поверхностного слоя успешно апробирован в производственных условиях. Отмечаются удобство в работе и эффективность заявляемого способа, а также снижение затрат на его осуществление.
Источники информации
1. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.И. Кинетическая природа прочности твердых тел. - М.: Наука, 1974, - 560 с.
2. Патент РФ №2166745. Способ оценки энергии активации разрушения поверхностей, деформированных трением. М.: Роспатент, 2001 г.
3. Тененбаум М.М. Склерометры для изучения сопротивления царапанию и их применение. В кн.: Склерометрия // под ред. М.М.Хрущева. - М.: Наука, 1968, с.124.
Claims (1)
- Способ оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя, при котором производят деформирование поверхностного слоя образцов алмазным индентором, по характеристикам деформирования рассчитывают удельную работу пластической деформации поверхностного слоя и приравнивают ее к величине энергии активации разрушения этого слоя, отличающийся тем, что количество деформированного материала принимают постоянным, причем за одно действие оператора автоматически производится три действия склерометра: опускание индентора к испытываемой поверхности, внедрение индентора в поверхностный слой на заданную глубину и тангенциальное пропахивание материала поверхностного слоя индентором при постоянной величине его заглубления.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005127007/28A RU2327137C2 (ru) | 2005-08-26 | 2005-08-26 | Способ оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005127007/28A RU2327137C2 (ru) | 2005-08-26 | 2005-08-26 | Способ оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005127007A RU2005127007A (ru) | 2007-03-10 |
RU2327137C2 true RU2327137C2 (ru) | 2008-06-20 |
Family
ID=37992155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005127007/28A RU2327137C2 (ru) | 2005-08-26 | 2005-08-26 | Способ оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2327137C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475720C2 (ru) * | 2010-12-24 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Способ оценки энергии активации пластической деформации поверхностного слоя и переносной склерометр для его осуществления |
RU2499246C2 (ru) * | 2011-04-05 | 2013-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Способ определения прочностных характеристик материала и устройство для его осуществления |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104050848A (zh) * | 2014-06-10 | 2014-09-17 | 安徽农业大学 | 材料力学多实验同步测定装置 |
-
2005
- 2005-08-26 RU RU2005127007/28A patent/RU2327137C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475720C2 (ru) * | 2010-12-24 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Способ оценки энергии активации пластической деформации поверхностного слоя и переносной склерометр для его осуществления |
RU2499246C2 (ru) * | 2011-04-05 | 2013-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Способ определения прочностных характеристик материала и устройство для его осуществления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005127007A (ru) | 2007-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7018938B2 (ja) | ゴム摩耗を測定するための装置 | |
Marshall et al. | The nature of machining damage in brittle materials | |
KR100418700B1 (ko) | 유한요소해에 기초한 물성평가 구형 압입시험기 | |
Hay et al. | Instrumented indentation testing | |
Gonzalez-Valadez et al. | Study of interfacial stiffness ratio of a rough surface in contact using a spring model | |
Hu et al. | Characterization of materials' elasticity and yield strength through micro-/nano-indentation testing with a cylindrical flat-tip indenter | |
JP4858773B2 (ja) | ナノインデンテーション試験の検証方法 | |
EP3076153B1 (en) | Method for calculating an indenter area function and quantifying a deviation from the ideal shape of an indenter | |
Menčík | Determination of mechanical properties by instrumented indentation | |
Jardret et al. | Scratch durability of automotive clear coatings: a quantitative, reliable and robust methodology | |
US20190145878A1 (en) | Methods for surface evaluation | |
RU2327137C2 (ru) | Способ оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя | |
RU2646442C1 (ru) | Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя материала изделия и устройство для его осуществления | |
JPS62247236A (ja) | 機械部品の疲労・余寿命評価法 | |
Pawlus et al. | Profilometric measurements of wear scars: A review | |
JPH03267736A (ja) | 脆性材料の破壊力学的疲労試験方法および装置 | |
Jardret et al. | Viscoelastic behavior of polymer films during scratch test: a quantitative analysis | |
Ito et al. | The relationship between AE and dissipation energy for fretting wear | |
RU2710392C1 (ru) | Способ определения адгезионной прочности тонких твердых покрытий на изделиях | |
Ignatovich et al. | Material surface layer damage estimation for cyclic loading conditions using the nanoindenting and nanoscratching techniques | |
Putthanarat et al. | Influence of polishing time on thermo-oxidation characterization of isothermally aged PMR-15 resin | |
Li et al. | A study on the kinetic response of the electron work function to wear | |
JP2008151691A (ja) | 湿式潤滑剤の特性測定方法及び特性測定装置 | |
RU2166745C2 (ru) | Способ оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя, деформированного трением | |
RU2751459C1 (ru) | Способ оценки износостойкости тонкослойных керамических покрытий с применением метода акустической эмиссии |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |