RU2349895C1 - Method of hard material microanalysis for wear resistance - Google Patents
Method of hard material microanalysis for wear resistance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2349895C1 RU2349895C1 RU2007134796/28A RU2007134796A RU2349895C1 RU 2349895 C1 RU2349895 C1 RU 2349895C1 RU 2007134796/28 A RU2007134796/28 A RU 2007134796/28A RU 2007134796 A RU2007134796 A RU 2007134796A RU 2349895 C1 RU2349895 C1 RU 2349895C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear resistance
- layer
- wear
- test
- abrasive particles
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технике исследования прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механического воздействия.The invention relates to techniques for studying the strength properties of solid materials by applying mechanical impact to them.
Правильный подбор для узлов трения износостойких и антифрикционных покрытий - один из наиболее эффективных путей повышения надежности и долговечности машин. Для этой цели используются разнообразные методы испытаний на трение и износ.The correct selection for friction units of wear-resistant and anti-friction coatings is one of the most effective ways to increase the reliability and durability of machines. A variety of friction and wear test methods are used for this purpose.
Методики эксперементального исследования, как правило, состоят в оценке относительной износостойкости испытываемого материала путем сравнения полученных данных с эталоном в рамках определенного вида износа.The methods of experimental research, as a rule, consist in assessing the relative wear resistance of the test material by comparing the data obtained with the standard within the framework of a certain type of wear.
Большинство методов оценки износостойкости основано на так называемом «макроскопическом» методе анализа свойств износостойкости. Как правило, в основе испытаний лежит способ создания и моделирования условий, близких к реальным условиям работы исследуемого сопряжения. При этом анализ параметров износа осуществляется в основном по всему слою (объему) изнашивания объекта либо послойно. Динамика и показатели износа анализируются в большенстве случаев зависимостью контролируемого параметра от времени испытания.Most methods for assessing wear resistance are based on the so-called "macroscopic" method of analyzing the properties of wear resistance. As a rule, the basis of the tests is a way to create and simulate conditions close to the actual working conditions of the studied pairing. Moreover, the analysis of the wear parameters is carried out mainly throughout the entire layer (volume) of the wear of the object or in layers. The dynamics and indicators of wear are analyzed in most cases by the dependence of the controlled parameter on the test time.
Наиболее близким по технической сущности является способ, основанный на принципе воздействия гидроабразивной струи на вращающийся образец. Данный способ заключается в следующем: центробежный насос по всасывающему трубопроводу из нижней части бака забирает гидроабразивную смесь (пульпу) и подает в напорную часть насоса. Отсюда часть пульпы через трехходовой кран подается в струераспределитель, а часть по трубопроводу перепускается обратно в нижнюю полость бака. При этом перепускаемая пульпа своим гидродинамическим действием поддерживает абразивные частицы в баке все время во взвешенном состоянии. Кран позволяет регулировать напор пульпы в струераспределителе и количество перепускаемой пульпы.The closest in technical essence is a method based on the principle of the impact of a waterjet jet on a rotating sample. This method consists in the following: a centrifugal pump collects a hydroabrasive mixture (pulp) from the bottom of the tank from the bottom of the tank and delivers it to the pressure part of the pump. From here, part of the pulp is fed through a three-way valve to the jet distributor, and part through the pipeline is transferred back to the lower cavity of the tank. At the same time, by-pass pulp by its hydrodynamic action maintains abrasive particles in the tank all the time in suspension. The crane allows you to adjust the pressure of the pulp in the jet distributor and the number of bypassed pulp.
Далее пульпа из распределителя поступает в сопло. Гидроабразивные струи непосредственно у выхода из сопла пересекаются с образцами, которые закреплены в специальных головках-держателях. Изменение линейной скорости образцов производилась путем вариаций числа оборотов приводного вала.Next, the pulp from the distributor enters the nozzle. Hydroabrasive jets immediately at the exit of the nozzle intersect with samples that are fixed in special head holders. The linear velocity of the samples was changed by varying the number of revolutions of the drive shaft.
За результат испытания принимали величину относительной износостойкости, которая выражалась отношением износа эталона к износу испытываемого образца (см. Износостойкость и структура твердых наплавок. Хрущов М.М. и др. М.: Машиностроение, 1971 г., стр. 16-19, рис. 5) (прототип).The value of the relative wear resistance, which was expressed as the ratio of the wear of the standard to the wear of the test specimen, was taken as the test result (see Wear resistance and structure of hard surfacing. Khrushchov M.M. et al. M .: Mechanical Engineering, 1971, pp. 16-19, Fig. 5) (prototype).
Недостатком данного способа является то, что турбулентный характер гидроабразивного изнашивания, описанного в прототипе, не позволяет дать достаточно объективную и точную оценку износостойкости материала по его глубине из-за неравномерного воздействия абразива на поверхность исследуемого образца, и определения износа, которое проводилось по потере массы (изменение веса образцов). При этом испытанию подвергается только поверхностный слой материала. Для оценки износостойкости внутренних слоев материала этим способом требуются значительные энергетические и временные затраты. Кроме того, становится практически невозможным одновременно оценить степень их износостойкости при наличии на исследуемых материалах различного рода покрытий и упроченных слоев.The disadvantage of this method is that the turbulent nature of the hydroabrasive wear described in the prototype does not allow a sufficiently objective and accurate assessment of the wear resistance of the material by its depth due to the uneven effect of the abrasive on the surface of the test sample, and the determination of wear, which was carried out by weight loss ( weight change of samples). In this test, only the surface layer of the material is tested. To assess the wear resistance of the inner layers of the material in this way significant energy and time costs are required. In addition, it becomes practically impossible to simultaneously assess the degree of their wear resistance in the presence of various coatings and hardened layers on the materials under study.
Задачей данного изобретения является создание способа микроанализа износостойкости для получения достоверных показателей износостойкости как однородных, так и многослойных материалов, с высокой степенью воспроизводимости экспериментальных данных.The objective of the invention is to provide a method for microanalysis of wear resistance to obtain reliable indicators of wear resistance of both homogeneous and multilayer materials, with a high degree of reproducibility of experimental data.
Для достижения этой задачи предлагается способ, заключающийся в динамическом ударном воздействии на подготовленную поверхность микрошлифа, абразивного материала, находящихся в жидкой или газообразной среде, при последующем возбуждении в ее объеме ультразвуковых колебаний. При этом микрошлиф выполнен в виде поперечного среза исследуемого образца. Механизм изнашивания заключается во внедрении абразивного тела в металл, вследствие чего происходит его пластическое деформирование с последующим отделением (скалыванием) микрочастиц, исследуемого материала.To achieve this goal, a method is proposed, which consists in a dynamic impact on the prepared surface of a microsection, abrasive material in a liquid or gaseous medium, with subsequent excitation of ultrasonic vibrations in its volume. In this case, the microsection is made in the form of a cross section of the test sample. The wear mechanism consists in the introduction of the abrasive body into the metal, as a result of which it undergoes plastic deformation with subsequent separation (spallation) of microparticles, of the studied material.
Наряду с пластическим деформированием поверхностного слоя и последующим отделением частиц при многократном действии частиц абразива, может иметь место микрорезание боковых граней, образовавшихся микрократеров. Кроме того, высокие местные напряжения на металлической поверхности могут привести к дроблению хрупких структурных составляющих и образованию микротрещин.Along with plastic deformation of the surface layer and the subsequent separation of particles during repeated action of the abrasive particles, microcuts of the side faces formed by microcraters can occur. In addition, high local stresses on a metal surface can lead to crushing of brittle structural components and the formation of microcracks.
Предлагаемый способ испытания по своей природе во многом аналогичен абразивному, эрозионному и гидропневмоабразивному видам изнашивания, однако существующие способы требуют проведения многократных, трудоемких и достаточно длительных испытаний, как правило, с дискретным контролем основных параметров износа (весовых, объемных, линейных и т.п.). Это в большинстве случаев требует приостановки испытаний, переналадки экспериментального оборудования, возобновления и обеспечения стабильных условий эксперимента.The proposed test method is inherently similar to abrasive, erosive, and hydropneumatic abrasive types of wear, however, existing methods require multiple, laborious, and sufficiently lengthy tests, usually with discrete control of the main wear parameters (weight, volume, linear, etc.). ) In most cases, this requires suspension of tests, readjustment of experimental equipment, and renewal and ensuring stable experimental conditions.
На чертеже изображена схема экспериментальной установки для исследования и испытания по предлагаемому способу.The drawing shows a diagram of an experimental setup for research and testing of the proposed method.
Способ реализуется на экспериментальной установке, включающей в себя:The method is implemented in an experimental installation, including:
- ультразвуковой генератор (1) (УЗГ), в качестве УЗГ использовался ультразвуковой магнитострикционный диспергатор УЗДЛ-1 с частотой колебаний 22 кГц и мощностью излучения 4-5 Вт,- ultrasonic generator (1) (UZG), UZDL-1 ultrasonic magnetostrictive dispersant with an oscillation frequency of 22 kHz and a radiation power of 4-5 W was used as an ultrasonic generator,
- рабочую жидкую среду (2), в качестве которой можно использовать воду, различные смазочные, коррозионные и химически активные жидкости, имитирующие условия работы испытываемых материалов, приближенных к реальным условиям работы механизма, в данном случае в качестве рабочей жидкой среды и для охлаждения УЗДЛ-1 использовалась проточная вода,- working liquid medium (2), which can be used water, various lubricating, corrosive and chemically active liquids that simulate the working conditions of the tested materials, close to the actual working conditions of the mechanism, in this case as a working liquid medium and for cooling 1 running water was used,
- абразив (3), в качестве абразивного порошка использовался микрокорунд определенного гранулометрического состава зернистостью 80…150 мкм,- abrasive (3), as an abrasive powder was used microcorundum of a certain particle size distribution with a grain size of 80 ... 150 microns,
- микрошлиф (4), испытываемый материал,- microsection (4), the test material,
- емкость (5), в которой размещены испытываемый материал, абразив, жидкость, УЗДЛ-1.- capacity (5) in which the test material, abrasive, liquid, UZDL-1 is placed.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
На дно емкости (5) помещается испытываемый образец (4), там же размещаются абразивный порошок (3) и рабочая жидкая среда (2). При возбуждении ультразвуковых колебаний в жидкой среде частицы абразива, имеющие, как правило, значительно более высокую твердость по отношению к исследуемому объекту, переходят во взвешенное состояние и совершают колебательные движения между рабочей поверхностью генератора УЗДЛ-1 и исследуемой поверхностью образца.A test sample (4) is placed at the bottom of the container (5), and abrasive powder (3) and a working liquid medium (2) are also placed there. When ultrasonic vibrations are excited in a liquid medium, abrasive particles, which, as a rule, have a significantly higher hardness with respect to the test object, become suspended and oscillate between the working surface of the UZDL-1 generator and the test surface of the sample.
В качестве рабочей жидкости можно использовать воду, различные смазочные, коррозионные и химически активные жидкости, имитирующие условия работы испытываемых материалов, приближенных к реальным условиям работы механизма.As the working fluid, you can use water, various lubricating, corrosive and chemically active fluids that simulate the working conditions of the tested materials, close to the actual working conditions of the mechanism.
Предлагаемый способ является также приемлемым для испытания в газовых средах и в вакууме при условии если уровень абразива в емкости выше рабочей поверхности излучателя. В этом смысле по отношению к традиционным способам испытания он является наиболее универсальным.The proposed method is also suitable for testing in gas environments and in vacuum, provided that the level of abrasive in the tank is higher than the working surface of the emitter. In this sense, in relation to traditional test methods, it is the most universal.
Интенсивность износа определяется параметрами генератора, его мощностью (плотностью мощности) излучения, частотой колебаний, расстоянием h между рабочей поверхностью генератора и поверхностью образца, а также плотностью, размерами, формой частиц абразива и основными физико-химическими показателями рабочей среды (вязкостью, плотностью и т.п.). Направление и угол соударения частиц абразива относительно исследуемой поверхности могут быть установлены нормально к изнашиваемой поверхности, что позволяет вести обработку в стоячих волнах или близким к стоячим волнам, а также в касательном режиме, т.е. под углом к поверхности обрабатываемого объекта. Таким образом, предоставляется возможность моделировать различные механизмы износа, принимая во внимание широкий диапазон регулирования параметров работы излучателя.The wear rate is determined by the parameters of the generator, its power (power density) of the radiation, the oscillation frequency, the distance h between the working surface of the generator and the surface of the sample, as well as the density, size, shape of the abrasive particles and the main physical and chemical parameters of the working medium (viscosity, density and t .P.). The direction and angle of impact of the abrasive particles relative to the test surface can be set normally to the wear surface, which allows processing in standing waves or close to standing waves, as well as in tangent mode, i.e. at an angle to the surface of the processed object. Thus, it is possible to simulate various wear mechanisms, taking into account the wide range of regulation of the parameters of the emitter.
Качественная и количественная оценка параметров износостойкости в результате проведенных исследований осуществлялась на основе анализа профиля исследуемой зоны поверхности образца посредством записи ее на профилографе-профилометре. Полученные таким образом профильные кривые объективно отражают фактическую реальную износостойкость поверхностных и внутренних слоев исследуемой поверхности. Запись профилограмм осуществлялась на величину упрочненного (подвергнутого обработке) слоя, включая исходную (неупрочненную) зону, принимая ее за эталон. Анализ полученных профилограмм позволяет дать не только объективную качественную оценку износостойкости исследуемых слоев, но и количественно оценить (в относительных величинах) уровень прироста (снижения) этого показателя к исходному.Qualitative and quantitative assessment of wear resistance parameters as a result of the studies was carried out on the basis of the analysis of the profile of the studied area of the sample surface by recording it on a profilograph-profilometer. The profile curves obtained in this way objectively reflect the actual actual wear resistance of the surface and inner layers of the investigated surface. Profilograms were recorded by the value of the hardened (processed) layer, including the initial (unstressed) zone, taking it as a standard. The analysis of the obtained profilograms allows us to give not only an objective qualitative assessment of the wear resistance of the studied layers, but also quantitatively evaluate (in relative terms) the level of increase (decrease) of this indicator to the initial one.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134796/28A RU2349895C1 (en) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | Method of hard material microanalysis for wear resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134796/28A RU2349895C1 (en) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | Method of hard material microanalysis for wear resistance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2349895C1 true RU2349895C1 (en) | 2009-03-20 |
Family
ID=40545370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007134796/28A RU2349895C1 (en) | 2007-09-18 | 2007-09-18 | Method of hard material microanalysis for wear resistance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2349895C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2547694C1 (en) * | 2014-01-15 | 2015-04-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for instant simulation of abrasive wear of polyethylene insert of metal cup or polyethylene cup of experiment module of hip implant dynamically |
| RU2547785C1 (en) * | 2014-02-13 | 2015-04-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for mechanical simulation of external rotation contracture of hip joint in experiment module of hip implant |
| RU2550730C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-05-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method of express-modelling wear of polyethylene insert of metal cup or polyethylene cup under dynamic conditions at different angles of horizontal inclination in experimental module of hip joint endoprosthesis |
| RU2636398C1 (en) * | 2016-08-31 | 2017-11-23 | Евгений Владимирович Мокренко | Method for dental restoration materials wear-resistance determination |
-
2007
- 2007-09-18 RU RU2007134796/28A patent/RU2349895C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550730C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-05-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method of express-modelling wear of polyethylene insert of metal cup or polyethylene cup under dynamic conditions at different angles of horizontal inclination in experimental module of hip joint endoprosthesis |
| RU2547694C1 (en) * | 2014-01-15 | 2015-04-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for instant simulation of abrasive wear of polyethylene insert of metal cup or polyethylene cup of experiment module of hip implant dynamically |
| RU2547785C1 (en) * | 2014-02-13 | 2015-04-10 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method for mechanical simulation of external rotation contracture of hip joint in experiment module of hip implant |
| RU2636398C1 (en) * | 2016-08-31 | 2017-11-23 | Евгений Владимирович Мокренко | Method for dental restoration materials wear-resistance determination |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tarodiya et al. | Surface erosion due to particle-surface interactions-A review | |
| RU2349895C1 (en) | Method of hard material microanalysis for wear resistance | |
| Ukpai et al. | Determination of particle impacts and impact energy in the erosion of X65 carbon steel using acoustic emission technique | |
| Nguyen et al. | The role of abrasive particle size on erosion characteristics of stainless steel | |
| Krella et al. | Cavitation erosion–phenomenon and test rigs | |
| García et al. | Cavitation resistance of epoxy-based multilayer coatings: Surface damage and crack growth kinetics during the incubation stage | |
| Babatunde et al. | Investigation of the effects of vibration frequency on rotary drilling penetration rate using diamond drag bit | |
| Droubi et al. | Monitoring acoustic emission (AE) energy of abrasive particle impacts in a slurry flow loop using a statistical distribution model | |
| More et al. | Study of the parametric performance of solid particle erosion wear under the slurry pot test rig | |
| Vieira et al. | Sand erosion in multiphase flow for low-liquid loading and annular conditions | |
| Addali | Monitoring gas void fraction in two-phase flow with acoustic emission | |
| Esmaeilzadeh et al. | Evaluating superhydrophobic surfaces under external pressures using quartz crystal microbalance | |
| Jaskowska-Lemańska et al. | Impact of the direction of non-destructive test with respect to the annual growth rings of pine wood | |
| RU2568167C2 (en) | Method for determining erosion resistance of solid micro- and nanoobjects | |
| Shinde et al. | Analysis of micro and nano particle erosion by analytical, numerical and experimental methods: A review | |
| RU2359245C1 (en) | Method of determining cavitation wear resistance | |
| Chowdhury et al. | The influence of natural frequency of the experimental set-up on the friction coefficient of copper | |
| Nandre et al. | The effects of constant kinetic energy of different impacting particles on slurry erosion wear of AA 6063 | |
| Hawthorne | Some Coriolis slurry erosion test developments | |
| Alssayh | Slug velocity measurement and flow regime recognition using acoustic emission technology | |
| RU2717260C1 (en) | Method of determining adhesion and cohesion resistance of metal coatings | |
| RU2636398C1 (en) | Method for dental restoration materials wear-resistance determination | |
| RU2311627C2 (en) | Method of cavitation wearing of material | |
| Nosov et al. | Determination of nano characteristics of strength of materials based on the multilevel model of time dependences of acoustic emission parameters | |
| Dwivedi et al. | Characterization of Engineered Surfaces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090919 |