RU2539116C1 - Method for comparative evaluation of materials based on ratio of total length of pendulum scribing trace to length of rebound dimple - Google Patents
Method for comparative evaluation of materials based on ratio of total length of pendulum scribing trace to length of rebound dimple Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539116C1 RU2539116C1 RU2013147567/28A RU2013147567A RU2539116C1 RU 2539116 C1 RU2539116 C1 RU 2539116C1 RU 2013147567/28 A RU2013147567/28 A RU 2013147567/28A RU 2013147567 A RU2013147567 A RU 2013147567A RU 2539116 C1 RU2539116 C1 RU 2539116C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- materials
- length
- scribing
- ratio
- properties
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
Решение относится к способам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки упругих и пластических (далее - упругих) свойств нескольких разных материалов, в том числе с близким модулем упругости. Решение не является методом определения численного значения модуля упругости, но является инструментом для ранжирования (выстраивания в ряд) нескольких сравниваемых материалов по совокупности упругих свойств, в частности, по способности сопротивляться деформированию и разрушению при индентировании методом маятникового скрайбирования.The solution relates to methods for assessing the physicomechanical properties of a material by indentation due to the application of a single impact force, and can be used to comparatively evaluate the elastic and plastic (hereinafter, elastic) properties of several different materials, including those with a close modulus of elasticity. The solution is not a method for determining the numerical value of the elastic modulus, but it is a tool for ranking (aligning) several compared materials by the totality of elastic properties, in particular, by the ability to resist deformation and fracture during indentation by the pendulum scribing method.
При разработке новых материалов стоит необходимость определения их физико-механических свойств, в том числе упругих свойств материала. Для этого тем или другим методом обычно определяют численное значение модуля упругости (модуля Юнга), и по величине этого модуля судят о тех или иных эксплуатационных свойствах материала. При определении модуля механическим методом (как в классическом случае) для этого используют аксиому: чем больше модуль Юнга, тем меньше удлинение стержня при прочих равных условиях нагружения и, соответственно, тем выше физико-механические свойства (например, твердость, предел прочности) материала. Однако существует ряд ограничений: например, коэффициент пропорциональности (модуль Юнга) применим только для линейного участка деформации, образцы должны иметь соответствующую форму и размеры, скорость нагружения ограничена и т.д.When developing new materials, it is necessary to determine their physical and mechanical properties, including the elastic properties of the material. To do this, one or another method usually determines the numerical value of the elastic modulus (Young's modulus), and the value of this module judges one or another operational properties of the material. When determining the modulus by the mechanical method (as in the classical case), the axiom is used for this: the larger the Young's modulus, the lower the elongation of the rod, ceteris paribus, and, accordingly, the higher the physical and mechanical properties (e.g. hardness, tensile strength) of the material. However, there are a number of limitations: for example, the proportionality coefficient (Young's modulus) is applicable only to the linear section of the deformation, the samples must have the appropriate shape and dimensions, the loading speed is limited, etc.
Для специфичных материалов возникает необходимость применения не механического метода определения модуля упругости. Так, в решении [патент РФ №2205387, МПК G01N 24/10. Способ определения модуля упругости углеродных жгутов] для этого используют явление электронного парамагнитного резонанса материала. В решении [ГОСТ 25095-82 (ИСО 3312-75) Сплавы твердые спеченные. Метод определения модуля упругости (модуля Юнга)] для этого используют измерение скорости звука при прохождении его через образец. Недостатками этих решений является их сложность и высокая трудоемкость.For specific materials, it becomes necessary to use a non-mechanical method for determining the elastic modulus. So, in the decision [RF patent No. 2205387, IPC G01N 24/10. The method for determining the elastic modulus of carbon bundles] for this use the phenomenon of electron paramagnetic resonance of the material. In the solution [GOST 25095-82 (ISO 3312-75) Sintered hard alloys. The method of determining the elastic modulus (Young's modulus)] for this use the measurement of the speed of sound as it passes through the sample. The disadvantages of these solutions are their complexity and high complexity.
С позиций заявляемого решения эти указанные решения являются аналогами лишь потому, что в них определяется модуль упругости материала посредством установления зависимости между искомым физико-механическим свойством (упругими свойствами) и косвенным промежуточным параметром используемого физического эффекта, измеряемым непосредственно. В первом (патент РФ №2205387) решении измеряют спектр электронного парамагнитного резонанса, во втором (ГОСТ 25095-82) - собственные резонансные частоты колебаний при возбуждении в материале продольных ультразвуковых колебаний. Но эти решения не могут быть приняты в качестве прототипа потому, что в них используются физические эффекты, напрямую не связанные с механическим видом нагружения материала.From the point of view of the claimed solution, these indicated solutions are analogues only because they determine the elastic modulus of the material by establishing a relationship between the desired physical and mechanical property (elastic properties) and the indirect intermediate parameter of the physical effect used, measured directly. In the first (RF patent No. 2205387) solution measure the spectrum of electron paramagnetic resonance, in the second (GOST 25095-82) - the natural resonant frequencies of oscillations upon excitation of longitudinal ultrasonic vibrations in the material. But these decisions cannot be taken as a prototype because they use physical effects that are not directly related to the mechanical type of loading of the material.
Под механическими видами нагружения здесь понимается создание условий деформирования материала в результате динамического характера приложения силы. Например, внедрение индентора при его падении, как это имеет место в решении [патент РФ №2272274, МПК G01N 3/32. Способ определения модуля упругости материала. Опубликовано 22.11.2004], в котором используют нагружение свободно падающим индентором. Но это решение сложно, в ходе его реализации требуется выявить и использовать несколько физических моделей. Это обеспечивает точность определения модуля упругости, но сложность использования высока чрезвычайно.By mechanical types of loading here is meant the creation of conditions for the deformation of the material as a result of the dynamic nature of the application of force. For example, the introduction of the indenter when it falls, as it takes place in the decision [RF patent No. 2272274, IPC G01N 3/32. A method for determining the modulus of elasticity of a material. Published November 22, 2004], in which loading is used by a freely falling indenter. But this solution is difficult, in the course of its implementation it is required to identify and use several physical models. This ensures the accuracy of determining the modulus of elasticity, but the complexity of use is extremely high.
Исходя из этих условий близким к заявляемому решению по виду индентирования может быть принято решение [А.с. СССР №1497491, МПК G01N 3/30. 1989 г.], в котором также используют нагружение свободно падающим индентором, измеряют время между первым и вторым соударениями индентора с образцом исследуемого материала, измеряют также диаметр отпечатка индентора и на основе полученных результатов измерений определяют модуль упругости по установленной зависимости. Но он тоже сложен и результаты его применения носят относительный характер в той части, что при оценке материалов с близким модулем упругости (например, материалы инструментального назначения) отличить материалы затруднительно в силу того, что и время между соударениями, и диаметр отпечатка больше являются результатом оценки пластических свойств, чем упругих. Этот способ имеет также низкую корректность в случае применения термобработки, когда модуль упругости остается практически неизменным, а пластичность (например, у инструментальных сталей) и твердость изменяется существенно.Based on these conditions close to the claimed decision on the type of indentation can be decided [A. USSR No. 1497491, IPC G01N 3/30. 1989], which also uses loading with a freely falling indenter, measures the time between the first and second collisions of the indenter with a sample of the material to be studied, the indenter indenter diameter is also measured, and the elastic modulus is determined from the established results using the established dependence. But it is also complex and the results of its application are relative in that they are difficult to distinguish when evaluating materials with a close elastic modulus (for example, instrumental materials) because both the time between collisions and the diameter of the print are more the result of an assessment plastic properties than elastic. This method also has low correctness in the case of heat treatment, when the elastic modulus remains almost unchanged, and ductility (for example, tool steels) and hardness changes significantly.
Каждый из указанных методов решает локальную задачу: позволяет определить модуль упругости материалов для того, чтобы судить по модулю об эксплуатационных свойствах материалов или изделий, выполненных из этих материалов и эксплуатирующихся в условиях действия законов Гука. При этом не учитывают, что при эксплуатации имеет место не только растяжение (или сжатие), но и сдвиг, кручение, для которых методы определения модуля упругости иные. Пренебрегается различиями в вязкости, пластичности, жесткости материалов, в температуре проведения испытаний.Each of these methods solves a local problem: it allows one to determine the elastic modulus of materials in order to judge modulo the operational properties of materials or products made from these materials and operated under the conditions of Hooke's laws. It does not take into account that during operation there is not only tension (or compression), but also shear, torsion, for which the methods for determining the elastic modulus are different. Neglected differences in viscosity, ductility, stiffness of materials, in the temperature of the test.
В производственных и исследовательских условиях часто не так важно знать величину модуля упругости (тем более, что в справочных данных редко указывается метод получения значения модуля). Важно знать, как соотносятся между собой разные материалы по своим упругим свойствам, какой материал предпочтителен перед остальными. В этом случае не нужно знать саму величину модуля упругости, чтобы по разнице в этих величинах выстроить материалы в рандометрический ряд, например, по убыванию величины модуля упругости. Важнее видеть какое место в ряду занимает тот или иной материал по своим упругим свойствам, оцененным в одинаковых (эквивалентных) условиях. И было бы хорошо, если бы это место определялось по какому-то параметру, измеренному в результате взаимодействия индентора с образцом. Например, по параметрам следа, получаемого на образце при индентировании. И было бы лучше, если бы метод индентирования воспроизводил такие условия нагружения, которые наиболее близки к условиям эксплуатации материала. Например, для материалов инструментального назначения наиболее целесообразно скрайбирование (царапание), а именно маятниковое скрайбирование, при котором в материале воспроизводятся условия деформации сжатием, сдвигом и растяжением.In production and research conditions, it is often not so important to know the magnitude of the elastic modulus (all the more so since the reference data rarely indicate the method of obtaining the modulus). It is important to know how different materials relate to each other in terms of their elastic properties, which material is preferred over the others. In this case, it is not necessary to know the elastic modulus value itself in order to arrange the materials in a randometric series by the difference in these values, for example, in decreasing elastic modulus. It is more important to see what place in a row one or another material occupies by its elastic properties, evaluated under the same (equivalent) conditions. And it would be good if this place was determined by some parameter measured as a result of the interaction of the indenter with the sample. For example, according to the parameters of the trace obtained on the sample during indentation. And it would be better if the indentation method reproduced such loading conditions that are closest to the operating conditions of the material. For example, for instrumental materials, scribing (scratching), namely pendulum scribing, in which the conditions of deformation by compression, shear and tension are reproduced in the material, is most appropriate.
Возможность исследовать протяженные участки материалов методом скрайбирования обеспечена в решении [патент РФ №2124715, МПК G01N 19/04. Способ оценки свойств инструментальных материалов. Опубл. 10.01.1999, Бюл. №1], где осуществляли нагружение (скрайбирование) образца индентором при их взаимном перемещении с образованием сетки следов перемещений. Оценку свойств (сопротивляемость деформированию и разрушению) материала производили по результатам измерений повреждения образца в зоне следа скрайбирования. При сравнении нескольких материалов о свойствах судили по результатам измерений площади разрушения поверхности образца в ячейках сетки следов из условия: чем меньше площадь разрушения, тем выше сопротивляемость деформированию и разрушению. Для этого приходилось делать несколько нагружений и поворот образца для образования сетки следов. Это трудоемко, сложно в настройке, требует наличия соответствующих площадок на образце.The opportunity to study extended sections of materials by scribing is provided in the solution [RF patent No. 2124715, IPC G01N 19/04. A method for evaluating the properties of tool materials. Publ. 01/10/1999, Bull. No. 1], where loading (scribing) of the sample was carried out by the indenter during their mutual displacement with the formation of a grid of traces of displacements. Evaluation of the properties (resistance to deformation and fracture) of the material was carried out according to the results of measurements of damage to the sample in the area of the trace of scribing. When comparing several materials, the properties were judged by measuring the area of destruction of the surface of the sample in the mesh cells of the traces from the condition: the smaller the area of destruction, the higher the resistance to deformation and destruction. To do this, we had to do several loads and rotate the sample to form a trace network. It is time-consuming, difficult to configure, requires appropriate sites on the sample.
Наиболее близким к заявляемому объекту, по мнению заявителя, может быть принято решение, в котором реализован такой вид индентирования, который реализует наиболее сложные условия нагружения, в том числе сжатие, растяжение, сдвиг и кручение, как часто это имеет место при эксплуатации, например при механической обработке резанием. Такой вид индентирования получил название «маятниковое скрайбирование». При таком виде скрайбированияиндентор перемещается по дуге качания жесткого маятника, свободно отпущенного с некоторой высоты. Один из примеров использования маятникового скрайбирования для сравнительной оценки трещиностойкости (вязкости разрушения) инструментальных материалов дан в решении [патент РФ №2138038. МПК G01N 19/04. Способ контроля физико-механических свойств изделий. Опубл. 10.01.1999, Бюл. №1], где контроль осуществляют с использованием метода акустической эмиссии, а сравнение (ранжирование) материалов осуществляют по величине параметра сигналов акустической эмиссии, а именно по спектру частот. Но способ тоже сложен для реализации и требует лабораторных условий с соответствующим программным обеспечением для обработки и анализа параметров сигналов акустической эмиссии.Closest to the claimed object, according to the applicant, a decision can be made in which a type of indentation is implemented that implements the most difficult loading conditions, including compression, tension, shear and torsion, as is often the case during operation, for example, when machined by cutting. This type of indentation is called “pendulum scribing”. With this type of scribing, the indenter moves along the rocking arc of a rigid pendulum freely released from a certain height. One example of the use of pendulum scribing for a comparative assessment of fracture toughness (fracture toughness) of tool materials is given in the solution [RF patent No. 2138038. IPC G01N 19/04. A method of controlling the physical and mechanical properties of products. Publ. 01/10/1999, Bull. No. 1], where the control is carried out using the acoustic emission method, and the comparison (ranking) of materials is carried out by the value of the parameter of acoustic emission signals, namely, by the frequency spectrum. But the method is also difficult to implement and requires laboratory conditions with appropriate software for processing and analyzing the parameters of acoustic emission signals.
Техническим результатом заявляемого решения является упрощение способа оценки физико-механических свойств материала при маятниковом индентировании, а также прогнозирование эффективности применения сравниваемых материалов в идентичных условиях эксплуатации за счет обеспечения возможности их ранжирования по величине измеряемого при контроле параметра.The technical result of the proposed solution is to simplify the method of assessing the physicomechanical properties of the material during pendulum indentation, as well as predicting the effectiveness of using the compared materials in identical operating conditions by providing the possibility of ranking them by the value of the parameter measured during control.
Указанный технический результат достигается за счет того, что:The specified technical result is achieved due to the fact that:
а) используется эффект пружинения поверхностного слоя испытываемого материала для воссоздания условий формирования лунки отскока в следе индентирования;a) the effect of springing of the surface layer of the test material is used to recreate the conditions for the formation of the bounce hole in the indentation trace;
б) установлена взаимосвязь упругих свойств материала с длиной лунки отскока в следе индентирования (с долей длины лунки в общей длине следа маятникового скрайбирования);b) a relationship has been established between the elastic properties of the material and the length of the bounce hole in the indentation trace (with a fraction of the length of the hole in the total trace length of the pendulum scribing);
в) установлено совпадение тенденции изменения величин модуля упругости разных материалов с тенденцией изменения величины параметра «отношение общей длины следа скрайбирования к длине лунки»;c) the coincidence of the tendency for the values of the modulus of elasticity of different materials to coincide with the tendency for the parameter “the ratio of the total length of the scribing trace to the length of the hole” to be found;
г) указанные тенденции использованы для:d) the indicated trends are used for:
- ранжирования материалов по их физико-механическим (упругим) свойствам,- ranking of materials according to their physico-mechanical (elastic) properties,
- ранжирования материалов путем прогнозирования их эксплуатационных свойств.- ranking of materials by predicting their operational properties.
Таким образом, заявляемый объект, как и прототип, включает в себя:Thus, the claimed object, like the prototype, includes:
- однократное нагружение материала индентированием;- single loading of the material by indentation;
- индентирование методом маятникового скрайбирования;- indentation by pendulum scribing;
- измерение результатов скрайбирования по параметрам деформации и разрушения поверхностных слоев материала;- measurement of the results of scribing according to the parameters of deformation and destruction of the surface layers of the material;
- установление взаимосвязи измеренных результатов с исследуемыми физико-механическими свойствами материалов;- establishing the relationship of the measured results with the studied physical and mechanical properties of materials;
- прогнозирование эксплуатационных свойств сравниваемых материалов по измеренным результатам скрайбирования.- prediction of the operational properties of the compared materials according to the measured scribing results.
Однако заявляемое решение отличается тем, что:However, the claimed solution is characterized in that:
- используется такой режим маятникового скрайбирования, при котором индентор в начале взаимодействия с образцом формирует на его поверхности лунку;- a pendulum scribing regime is used in which the indenter at the beginning of interaction with the sample forms a hole on its surface;
- в следе, оставляемом индентором, измеряют общую длину скрайбирования и длину лунки, определяют их соотношение и по величине соотношения судят о физико-механических и эксплуатационных свойствах сравниваемых материалов.- in the trace left by the indenter, the total scribing length and the length of the well are measured, their ratio is determined, and the physical-mechanical and operational properties of the compared materials are judged by the ratio.
На фиг.1 представлена общая схема маятникового скрайбирования, на фиг.2 показаны фото последовательной съемки следа скрайбирования (взаимодействия индентора с образцом при виде сверху, а именно: а - лунка (при движении индентора справа налево); б - часть (справа) той же лунки и начало (слева) основной части следа скрайбирования; в - начало основной части следа скрайбирования; г - след скрайбирования, т.е. на фиг.2 представлена кинетика образования лунки и основной части следа скрайбирования при движении индентора справа налево по твердосплавному образцу при начально настроенной глубине внедрения индентора 0,2 мм.Figure 1 shows the general scheme of pendulum scribing, figure 2 shows a photo of sequential shooting of the scribing trace (indenter interaction with the sample when viewed from above, namely: a - hole (when the indenter moves from right to left); b - part (right) of that the wells and the beginning (left) of the main part of the scribing trace; c - the beginning of the main part of the scribing trace; d - the scribing trace, i.e., Fig. 2 shows the kinetics of the formation of the hole and the main part of the scribing trace when the indenter moves from right to left along the carbide pattern with an initial tuned depth introduction indenter 0.2 mm.
Способ реализуют следующим образом. Индентор 1 выставляют (по его радиусу R и глубине h заглубления в материал образца с учетом массы маятника, формы рабочей части индентора, физико-механических свойств материала образца и высоты Н начального положения индентора (маятника)) относительно плоскости 2 образца 3 так, чтобы след взаимодействия индентора с образцом при направлении В движения индентора по дуге 4 его (маятника) качания состоял из лунки 5 отскока и основной части 6 следа. След взаимодействия индентора 1 с образцом наблюдают при виде сверху через микроскоп, имеющий возможность измерять параметры следа. Для наиболее типичной формы лунки для большинства общемашиностроительных конструкционных материалов этими параметрами могут служить линейные размеры следа скрайбирования. В данном решении это длина L следа скрайбирования и длина l1 лунки.The method is implemented as follows. Indenter 1 is set (according to its radius R and depth h of penetration into the sample material, taking into account the mass of the pendulum, the shape of the working part of the indenter, the physicomechanical properties of the material of the sample, and the height H of the initial position of the indenter (pendulum)) relative to plane 2 of sample 3 so that the trace the interaction of the indenter with the sample in the direction In the movement of the indenter along the arc 4 of his (pendulum) swing consisted of a hole 5 of the rebound and the main part 6 of the trace. The trace of the interaction of the indenter 1 with the sample is observed when viewed from above through a microscope capable of measuring the parameters of the trace. For the most typical shape of the hole for most general engineering structural materials, these parameters can serve as the linear dimensions of the scribing trace. In this solution, this is the length L of the scribing trace and the length l 1 of the well.
Оценивать сравниваемые материалы одновременно анализируя значения и длины L следа и длины l1 лунки в следе не всегда удобно, целесообразнее учесть их комплексно, но в виде одного параметра, например в виде их отношения L/l1.It is not always convenient to evaluate the materials being compared while analyzing the values and length L of the trace and the length l 1 of the hole in the trace; it is more expedient to take them into account comprehensively, but in the form of one parameter, for example, in the form of their ratio L / l 1 .
Ниже приведены примеры реализации способа. В дополнение к сказанному выше сообщаем, что реализовать режимы маятникового скрайбирования, при которых происходит формирование лунки отскока не сложно. Ясно, что режимы должны обеспечить возможность пружинения испытываемого материала. Для этого и образец, и устройство для реализации маятникового скрабирования должны быть достаточно жесткими. Нам это легко удавалось для материалов инструментальной группы: при радиусе R маятника 120 мм, его массе 200 грамм, начальной высоте Н индентора 80 мм и более (с учетом варианта индентора типовой формы) лунка образовывалась при задании глубины внедрения от 0,2 мм и более для твердого сплава и от 0,5 мм и более для быстрорежущих сталей. Впрочем лунка образуется и при меньших глубинах внедрения, но в этих случаях вычленить контуры лунки затруднительно.The following are examples of the implementation of the method. In addition to the above, we inform that it is not difficult to realize the modes of pendulum scribing, in which the formation of the bounce hole occurs. It is clear that the modes should allow springing of the test material. For this, both the sample and the device for implementing pendulum scrubbing should be sufficiently rigid. We easily succeeded for the materials of the instrumental group: with a radius R of the pendulum of 120 mm, its mass of 200 grams, an initial height H of the indenter of 80 mm or more (taking into account the variant of the indenter of the typical shape), a hole was formed when setting the penetration depth of 0.2 mm or more for hard alloy and from 0.5 mm and more for high-speed steels. However, the hole is formed at smaller penetration depths, but in these cases it is difficult to isolate the contours of the hole.
1 пример реализации способа. Брали образцы, выполненные из конструкционных сталей, а именно из стали 3, из стали 45 и из стали 30ХГСА. Для этих материалов из справочных данных брали сведения по величинам интересующих физико-механических свойств (в ряде справочников они названы характеристиками) материалов и эксплуатационных свойствах этих материалов или изделий, выполненных их этих материалов. Подбирали для материалов единые условия маятникового скрайбирования. Так режим скрайбирования с образованием лунки в следе взаимодействия (индентирования) для всех этих сталей обеспечивался при (с указанными выше параметрами установки) настройке установки на получение глубины Н внедрения индентора от 0,08 мм до 1,5 мм. Осуществляли скрайбирование образцов. Для исключения случайных результатов (или усреднения результатов) осуществляли по несколько нагружений каждого образца, располагая следы индентирования аналогично. Образцы помещали на микроскоп, измеряли параметры L и l1, вычисляли их отношение L/l1. Образцы располагали в ряд по величине отношения. Результаты сводили в таблицу. Интересовала не столько сама величина отношения, сколько интересовала связь этих параметров L и l1 (и, следовательно, отношения L/l1) с физико-механическими свойствами материалов, т.е. выявляли тенденцию изменения параметров (отношения L/l1) и тенденцию изменения физико-механических свойств материалов. В результате такая взаимосвязь легко прослеживалась.1 example implementation of the method. Samples were taken made of structural steels, namely steel 3, steel 45 and steel 30KhGSA. For these materials, information was taken from the reference data on the values of the physical and mechanical properties of interest (in a number of reference books they are called characteristics) of materials and the operational properties of these materials or products made of these materials. Unified conditions for pendulum scribing were selected for the materials. So, the scribing regime with the formation of a hole in the interaction (indentation) trace for all these steels was ensured when (with the above installation parameters) the setup was set up to obtain an indenter penetration depth H from 0.08 mm to 1.5 mm. Samples were scribed. To exclude random results (or averaging the results), several loads of each sample were carried out, placing traces of indentation in the same way. Samples were placed under a microscope, the parameters L and l 1 were measured, and their ratio L / l 1 was calculated. Samples were arranged in a row in terms of ratio. The results were tabulated. I was interested not so much in the ratio itself as in the relationship between these parameters L and l 1 (and, therefore, the ratio L / l 1 ) with the physicomechanical properties of materials, i.e. revealed a tendency to change parameters (L / l ratio 1 ) and a tendency to change the physicomechanical properties of materials. As a result, this relationship was easily traceable.
Она показана в таблице 1. Анализ данных, приведенных в таблице 1, позволяет сделать следующие выводы:It is shown in table 1. Analysis of the data shown in table 1, allows to draw the following conclusions:
1. Взаимосвязь свойств материалов и параметра «отношение длины следа скрайбирования к длине лунки» качественно характеризуется следующей установленной тенденцией: увеличение параметра свидетельствует о повышении уровня физико-механических свойств материалов (самая малая величина отношения зафиксирована у стали 3, имеющей самый низкий модуль упругости (модуль Юнга) и самую низкую твердость и наоборот, самая большая величина отношения, т.е. короткая лунка при нормальной общей длине следа скрайбирования, обнаружена у стали 30ХГСА, имеющей самый высокий модуль упругости и самую высокую твердость).1. The relationship between the properties of the materials and the parameter “ratio of the length of the scribing trail to the length of the well” is qualitatively characterized by the following established trend: an increase in the parameter indicates an increase in the level of physicomechanical properties of materials (the smallest ratio is fixed for steel 3, which has the lowest elastic modulus (modulus Jung) and the lowest hardness, and vice versa, the largest ratio, i.e., a short hole with a normal total length of the scribing trace, was found in 30KhGSA steel having highest modulus and highest hardness).
2. Установленная взаимосвязь свойств материалов и параметра «отношение длины следа скрайбирования к длине лунки» позволяет ранжировать (выстроить в рандометрический ряд) материалы по установленной тенденции: чем больше отношение длины следа скрайбирования к длине лунки, тем выше (лучше) физико-механические свойства материалов.2. The established relationship between the properties of materials and the parameter “ratio of the length of the scribing trace to the length of the well” allows you to rank (arrange in a rank line) materials according to the established trend: the larger the ratio of the length of the scribing trace to the length of the well, the higher (better) the physicomechanical properties of the materials .
3. Установленная взаимосвязь может быть использована для прогнозирования эксплуатационных свойств материала. Например, по увеличению отношения можно прогнозировать повышение предела прочности у сравниваемых материалов.3. The established relationship can be used to predict the operational properties of the material. For example, by increasing the ratio, one can predict an increase in the tensile strength of the compared materials.
4. Установленная взаимосвязь может быть использована для прогнозирования эксплуатационных свойств изделий, выполненных из сравниваемых материалов (если изделия эксплуатируются в условиях, которые имитируются при маятниковом скрайбировании). Например, по увеличению отношения параметров лунки можно прогнозировать повышение износостойкости (или периода стойкости) изделия.4. The established relationship can be used to predict the operational properties of products made from the materials being compared (if the products are operated under conditions that are simulated by pendulum scribing). For example, to increase the ratio of the parameters of the wells, one can predict an increase in the wear resistance (or durability period) of the product.
Приведенные в этом примере данные позволяют заключить:The data in this example allows you to conclude:
а) установленная взаимосвязь отношения длины следа скрайбирования к длине лунки с физико-механическими свойствами материала является новой и является существенным признаком разработанного решения;a) the established relationship between the ratio of the length of the scribing trace to the length of the well with the physicomechanical properties of the material is new and is an essential sign of the developed solution;
б) установленная взаимосвязь отношения с эксплуатационными свойствами материала или изделия является новой и является существенным признаком разработанного решения;b) the established relationship with the operational properties of the material or product is new and is an essential sign of the developed solution;
в) заявленный технический результат достигнут, а именно предложенное решение без проведения длительных и сложных испытаний тех или иных физико-механических свойств (например, измерения модуля упругости методом деформации стержня растяжением или измерения твердости методом Роквелла или Викерса) позволяет простым измерением двух параметров (общей длины следа и длины лунки) следа маятникового скрайбирования быстро выявить материал, наиболее эффективный из сравниваемых, путем расстановки материалов в рандометрический ряд, в том числе и в ряд по прогнозирумому результату эксплуатационных свойств.c) the claimed technical result is achieved, namely, the proposed solution without conducting lengthy and complex tests of various physical and mechanical properties (for example, measuring the elastic modulus by tensile deformation of the rod or measuring hardness using the Rockwell or Vickers method) allows a simple measurement of two parameters (total length the trace and length of the hole) of the pendulum scribing trace to quickly identify the material that is the most effective of the compared by arranging the materials in a randometric series, including number of prognozirumomu result of operational properties.
Вместе с этим следует отметить, что в примере 1 рассмотрены в принципе стали разных групп назначения и, соответственно, имеющие существенно разные величины сравниваемых физико-механических и эксплуатационных свойств.At the same time, it should be noted that in example 1, steel, in principle, of different destination groups and, accordingly, having substantially different values of the compared physical, mechanical and operational properties, are considered.
Необходимо проверить правомерность полученных выводов для материалов одной группы применения (смотри следующий пример).It is necessary to verify the validity of the findings for materials of one application group (see the following example).
2 пример реализации способа.2 example implementation of the method.
Выбраны материалы инструментальной группы, т.е. те, из которых изготавливаются металлорежущие инструменты.The materials of the instrumental group, i.e. those from which metal-cutting tools are made.
Именно эта группа материалов выбрана потому, что метод маятникового скрайбирования (с использованием акустической эмиссии как в указанном выше патенте РФ №2138038) разработчиками ориентирован в первую очередь на оценку свойств инструментальных материалов, в частности новых разрабатываемых материалов. Это связано с тем, что маятниковое скрайбирование из всех материаловедческих методов оценки свойств материалов путем индентирования наиболее близко моделирует реальные условия эксплуатации металлорежущего инструмента.It is this group of materials that was chosen because the pendulum scribing method (using acoustic emission as in the above RF patent No. 2138038) by developers is primarily aimed at assessing the properties of tool materials, in particular, new materials being developed. This is due to the fact that pendulum scribing of all materials science methods for assessing the properties of materials by indentation most closely models the actual operating conditions of a metal cutting tool.
Для сравнения брали следующие инструментальные материалы:For comparison, the following instrumental materials were taken:
а) из твердосплавных материалов брали отечественные сплавы марок ВК8, Т15К6, Т30К4, Т10К8Б и импортный (фирма Mishubisi) сплав марки TF15 (со специальным покрытием на мелкозернистой основе);a) domestic carbides of the VK8, T15K6, T30K4, T10K8B alloys and the imported (Mishubisi company) TF15 alloy (with a special coating on a fine-grained basis) were taken from carbide materials;
б) из быстрорежущих отечественных сталей марок Р18, Р9, Р6М5.b) from high-speed domestic steels of grades P18, P9, P6M5.
Из справочных данных (а для сплава TF15 - из каталогов, проспектов или экспериментальным путем) брали необходимые сведения о физико-механических свойствах материалов. В качестве эксплуатационных свойств принимали период стойкости инструмента до достижения критической величины (износ по задней грани равный 0,8 мм) износа инструмента при условиях эксплуатации, провоцирующих превалирование хрупкого (выкрашивания, как и моделируется при маятниковом скрайбировании) разрушения материала, а именно торцевое фрезерование (элементы режима резания не указаны в связи с тем, что они не влияют на расположение материала в рандометрическом ряду, в силу этого использованы общемашиностроительные рекомендации по выбору режима резания не особо сложнообрабатываемой стали марки 40Х конкретно рассматриваемым инструментальным материалом). Результаты приведены в таблице 2.From the reference data (and for the TF15 alloy — from catalogs, brochures, or experimentally), the necessary information on the physicomechanical properties of the materials was taken. As the operational properties, we took the period of tool life until a critical value (wear along the back face equal to 0.8 mm) of tool wear under operating conditions provoking the prevalence of brittle (spalling, as is simulated by pendulum scribing) fracture of the material, namely face milling ( elements of the cutting mode are not indicated due to the fact that they do not affect the location of the material in the randometric row; therefore, general engineering recommendations for choosing py cutting conditions are not particularly slozhnoobrabatyvaemoy steel 40X specifically considered instrumental pictures). The results are shown in table 2.
Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы:Analysis of the results allows us to draw the following conclusions:
1. Взаимосвязь свойств инструментальных материалов и параметра «отношенияе длины следа скрайбирования к длине лунки» установлена. Она качественно характеризуется так же, как это следовало из таблицы 1 для обычных конструкционых материалов, а именно характеризуется установленной общей для инструментальных материалов тенденцией: увеличение параметра свидетельствует о повышении уровня физико-механических свойств материалов.1. The relationship between the properties of instrumental materials and the parameter "the ratio of the length of the scribing trace to the length of the hole" is established. It is qualitatively characterized in the same way as it follows from table 1 for ordinary structural materials, namely, it is characterized by a trend common to instrumental materials: an increase in the parameter indicates an increase in the level of physicomechanical properties of materials.
Эта же взаимосвязь и ее тенденции оказались справедливы и применительно к типам материалов внутри группы инструментальных материалов, а именно:The same relationship and its trends turned out to be true with respect to the types of materials within the group of instrumental materials, namely:
- из быстрорежущих сталей Р6М5, Р9, Р18 большая величина отношения зафиксирована у стали Р18, имеющей высокий модуль упругости (модуль Юнга) и высокую твердость и наоборот, самое малое значение параметра обнаружено у стали Р6М5, имеющей более низкий модуль упругости и твердость;- of high-speed steels P6M5, P9, P18, a large ratio was recorded for steel P18 having a high modulus of elasticity (Young's modulus) and high hardness, and vice versa, the smallest value of the parameter was found for steel P6M5 having a lower modulus of elasticity and hardness;
- из твердых сплавов разных типов ВК и ТК большая величина отношение зафиксирована у сплавов типа ТК, имеющих более высокий модуль упругости и твердость и наоборот, самые малые величины отношения обнаружены у сплава типа ВК, имеющего низкий модуль упругости и твердость;- of hard alloys of different types of VK and TK, a large ratio was recorded for alloys of the TK type having a higher elastic modulus and hardness and vice versa, the smallest ratio values were found for an alloy of the VK type having a low elastic modulus and hardness;
- из твердых сплавов Т16К6 и Т30К4 одного типа ТК большая величина отношения зафиксирована у сплава марки Т15К6, имеющего высокий модуль упругости и твердость и наоборот, самое малое значение отношения обнаружено у сплава марки Т30К4, имеющего малый модуль упругости и твердость;- from T16K6 and T30K4 hard alloys of the same type of TK, a large ratio was recorded for the T15K6 alloy having a high modulus of elasticity and hardness, and vice versa, the smallest ratio value was found for an T30K4 alloy having a low elastic modulus and hardness;
2. Установленная взаимосвязь свойств инструментальных материалов и величина отношения «длины следа скрайбирования к длине лунки» позволяет ранжировать (выстроить в рандометрический ряд) материалы по установленной тенденции: чем больше величина отношения, тем выше физико-механические свойства материалов.2. The established relationship between the properties of instrumental materials and the ratio of “length of the scribing trail to the length of the hole” allows you to rank (build in a rank line) materials according to the established trend: the larger the ratio, the higher the physical and mechanical properties of the materials.
3. Установленная взаимосвязь может быть использована для прогнозирования эксплуатационных свойств изделий. Например, по увеличению величины отношения можно прогнозировать повышение работоспособности режущего инструмента, например, периода стойкости инструмента.3. The established relationship can be used to predict the operational properties of products. For example, to increase the ratio, you can predict an increase in the working capacity of the cutting tool, for example, the tool life.
Приведенные в этом примере данные позволяют заключить:The data in this example allows you to conclude:
а) установленная взаимосвязь величины параметра «отношение общей длины следа скрайбирования к длине лунки» с физико-механическими свойствами инструментальных материалов подтверждает правомерность взаимосвязи, установленной выше для конструкциооных материалов при анализе результатов таблицы 1 и является новой, в частности подтверждает существенность признаков разработанного решения;a) the established relationship between the value of the parameter “the ratio of the total length of the scribing trace to the length of the well” with the physicomechanical properties of the tool materials confirms the validity of the relationship established above for the construction materials when analyzing the results of Table 1 and is new, in particular, confirms the significance of the signs of the developed solution;
б) заявленный технический результат достигнут и для инструментальных материалов, а именно предложенное решение без проведения длительных и сложных испытаний тех или иных физико-механических свойств позволяет простым измерением общей длины следа скрайбированияи длины лунки быстро выявить наиболее эффективный из сравниваемых инструментальный материал путем их расстановки в рандометрический ряд, в том числе и в ряд по прогнозирумому периоду стойкости.b) the claimed technical result has been achieved for instrumental materials, namely, the proposed solution without conducting lengthy and complex tests of certain physical and mechanical properties allows a simple measurement of the total length of the scribing trail and the length of the hole to quickly identify the most effective of the compared instrumental material by arranging them in a randomometric a number, including a number of the predicted period of resistance.
Таким образом, заявленный технический результат можно считать достигнутым, а отличия заявляемого способа можно считать существенными.Thus, the claimed technical result can be considered achieved, and the differences of the proposed method can be considered significant.
Случаи, когда величина отношения общей длины следа скрайбирования к длине лунки равна единице или меньше единицы в данном решении не рассматриваются в связи с тем, что осуществить такие случаи не удалось.Cases when the ratio of the total length of the scribing trail to the length of the well is equal to one or less than one is not considered in this decision due to the fact that it was not possible to carry out such cases.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013147567/28A RU2539116C1 (en) | 2013-10-24 | 2013-10-24 | Method for comparative evaluation of materials based on ratio of total length of pendulum scribing trace to length of rebound dimple |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013147567/28A RU2539116C1 (en) | 2013-10-24 | 2013-10-24 | Method for comparative evaluation of materials based on ratio of total length of pendulum scribing trace to length of rebound dimple |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2539116C1 true RU2539116C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013147567/28A RU2539116C1 (en) | 2013-10-24 | 2013-10-24 | Method for comparative evaluation of materials based on ratio of total length of pendulum scribing trace to length of rebound dimple |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2539116C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2644440C1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-02-12 | Владимир Павлович Бирюков | Method for determination of coating wear resistance |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1320707A1 (en) * | 1985-01-24 | 1987-06-30 | Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа | Method of determining material wear resistance with pendulum sclerometer |
| RU2124715C1 (en) * | 1996-04-16 | 1999-01-10 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Method of estimation of properties of tool materials |
| RU2138038C1 (en) * | 1998-07-07 | 1999-09-20 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Method testing physical and mechanical properties of articles |
-
2013
- 2013-10-24 RU RU2013147567/28A patent/RU2539116C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1320707A1 (en) * | 1985-01-24 | 1987-06-30 | Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа | Method of determining material wear resistance with pendulum sclerometer |
| RU2124715C1 (en) * | 1996-04-16 | 1999-01-10 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Method of estimation of properties of tool materials |
| RU2138038C1 (en) * | 1998-07-07 | 1999-09-20 | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет | Method testing physical and mechanical properties of articles |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2644440C1 (en) * | 2016-12-26 | 2018-02-12 | Владимир Павлович Бирюков | Method for determination of coating wear resistance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9746403B2 (en) | Method of testing a polycrystalline diamond compact cutter | |
| Elshamy et al. | Crack detection of cantilever beam by natural frequency tracking using experimental and finite element analysis | |
| Jezernik et al. | Numerical modelling of fatigue crack initiation and growth of martensitic steels | |
| Yılmaz | The influence of testing procedures on uniaxial compressive strength prediction of carbonate rocks from Equotip hardness tester (EHT) and proposal of a new testing methodology: hybrid dynamic hardness (HDH) | |
| Gillich et al. | Reliable method to detect and assess damages in beams based on frequency changes | |
| Wang et al. | Mechanical behaviours of granite containing two flaws under uniaxial increasing‐amplitude fatigue loading conditions: An insight into fracture evolution analyses | |
| CN105910899B (en) | Measure the tensile strength of rock material and the method for fracture toughness simultaneously | |
| Rahmani et al. | Investigation of geometry and loading effects on PDC cutter structural integrity in hard rocks | |
| Mazánová et al. | Initiation and growth of short fatigue cracks in austenitic Sanicro 25 steel | |
| US20120151989A1 (en) | Nondestructive Test For Flexible Composites | |
| Wei et al. | Effect of cutter shape on the resistance of PDC cutters against tip impacts | |
| Xu et al. | Prediction of the abrasion resistance of construction steels on the basis of the subsurface deformation layer in a multi-pass dual-indenter scratch test | |
| RU2539116C1 (en) | Method for comparative evaluation of materials based on ratio of total length of pendulum scribing trace to length of rebound dimple | |
| Ishihara et al. | Study of the fatigue lifetimes and crack propagation behaviour of a high speed steel as a function of the R value | |
| RU2543683C1 (en) | Method of comparative assessment of material properties by ratio of length of bounce hole to its width in indentor trade during pendulum scribing | |
| Jaskowska-Lemańska et al. | Impact of the direction of non-destructive test with respect to the annual growth rings of pine wood | |
| RU2539725C1 (en) | Method for comparative evaluation of properties of materials based on length between dimple and main part of indenter trace during pendulum scribing | |
| RU2543682C1 (en) | Method for comparative evaluation of properties of materials from parameters of rebound dimple in indenter trace during pendulum scribing | |
| Alar et al. | Application of instrumented Charpy method in characterisation of materials | |
| Cardu et al. | Experimental laboratory tests focused on rock characterisation for mechanical excavation | |
| Walach et al. | The impact of moisture content of wood on the results of non-destructive tests | |
| KR102411444B1 (en) | Estimation of absorbed energy of metal specimen | |
| Vlček et al. | Evaluation of dynamic methods for earthwork assessment | |
| Sohi et al. | Nondestructive detection of the effect of drilling on acoustic performance of wood | |
| CN105829645B (en) | Method for controlling resonance enhanced drilling, drilling method, equipment and control system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151025 |