RU2646442C1 - Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя материала изделия и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя материала изделия и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2646442C1
RU2646442C1 RU2016139028A RU2016139028A RU2646442C1 RU 2646442 C1 RU2646442 C1 RU 2646442C1 RU 2016139028 A RU2016139028 A RU 2016139028A RU 2016139028 A RU2016139028 A RU 2016139028A RU 2646442 C1 RU2646442 C1 RU 2646442C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
indenter
coating
elastic
modulus
topocomposite
Prior art date
Application number
RU2016139028A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Алексеевич Воронин
Геронтий Жорович Сахвадзе
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Priority to RU2016139028A priority Critical patent/RU2646442C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2646442C1 publication Critical patent/RU2646442C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/42—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике для измерения микромеханических характеристик внутренних поверхностей изделий относится к области машиностроения, в частности для контроля физико-механических свойств внутренних поверхностей сквозных и глухих отверстий с тонким покрытием. Сущность: осуществляют внедрение в поверхность пирамидального индентора из твердого материала с известными упругими характеристиками, запись диаграммы нагружение - глубина внедрения и обработку массива данных, описывающих диаграмму нагружение - внедрение. Производится внедрение упругого индентора в криволинейную внутреннюю поверхность топокомпозита в диапазоне глубин внедрения от единиц нанометров до десятка микрометров. Осуществляется регистрация данных измерения, а также их обработка с использованием теоретических аналитических зависимостей, описывающих механику нормального контактного взаимодействия упругого сферического индентора с покрытием из топокомпозита в области упругопластического деформировании последнего, по совокупности нескольких показателей, а именно твердости и модуля упругости покрытия, композиционной твердости и модуля упругости топокомпозита, которые определяются по формулам. Устройство содержит основание, на котором расположена подвижная стойка с вращающейся площадкой, на которой закреплена штанга с измерительным модулем и люнетом и с возможностью перемещения ее внутри отверстия исследуемого изделия по трем осям и вращения вокруг своей оси с помощью расположенных на стойке приводов, при этом на хвостовике штанги установлена цифровая камера. Технический результат: возможность комплексной оценки с высокой точностью параметров физико-механических свойств внутренних поверхностей сквозных и глухих отверстий с тонким покрытием в режиме одного технологического измерения. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике для измерения микромеханических характеристик внутренних поверхностей изделий, в частности для контроля физико-механических свойств внутренних поверхностей сквозных и глухих отверстий с тонким покрытием, например упрочненных поверхностей трения.
Известен способ определения твердости и модуля упругости компактных материалов инструментальным индентированием [ГОСТ Р 8.748-2011 (ИСО 14577-1:2002) ГСИ. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1. Метод испытаний]. В этом способе используется прибор-твердометр, с помощью которого производят нагружение (внедрение) алмазного пирамидального наконечника в поверхность изделия. Записывают диаграмму изменения величины нагрузки с увеличением глубины внедрения. Твердость материала определяют как отношение максимальной приложенной нагрузки разделенной на площадь поперечного сечения контактной поверхности между индентором и испытуемым образцом. Площадь поперечного сечения контактной поверхности между индентором и испытуемым образцом определяется по кривой разгружения и функции площади индентора. По кривой разгружения также определяют податливость в месте контакта по диаграмме при максимальной нагрузке. Используя значение податливости и площади поперечного сечения контактной поверхности между наконечником и испытуемым образцом, находят приведенный модуль упругости в области индентирования. Модуль упругости материала компактного тела вычисляют по зависимости связывающей приведенный модуль упругости с упругими характеристиками исследуемого материала и материала индентора.
Недостатком этого способа является высокая чувствительность к различным факторам, влияющим на точность измерений и достоверность получаемых данных. Оценка модуля упругости в этом методе производится на стадии разгрузки индентора после того как на поверхности образовался пластический отпечаток. При этом под индентором образуется область деформационного упрочнения материала, что не учитывается в расчетных формулах и приводит к погрешности измерения величины твердости и модуля упругости измеряемого образца. Определение твердости и модуля упругости тонких покрытий этим способом приводит к значительной погрешности получаемых значений, т.к. не учитывается влияние основы на свойства покрытия.
Целью предлагаемого изобретения является обеспечение высокой точности измерения и достоверности получаемых данных при комплексной оценке параметров физико-механических свойств внутренних поверхностей сквозных и глухих отверстий с тонким модифицированным покрытием в режиме одного технологического измерения.
Решение поставленной задачи достигается за счет предложенного способа определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя полых изделий, имеющего поверхностно-слоистое твердое тело - топокомпозит, заключающегося во внедрении упругого индентора в криволинейную внутреннюю поверхность топокомпозита в диапазоне глубин внедрения от единиц нанометров до десятка микрометров, при этом осуществляется регистрация данных измерения, а также их обработка с использованием теоретических аналитических зависимостей, описывающих механику нормального контактного взаимодействия упругого сферического индентора с покрытием из топокомпозита в области упругопластического деформировании последнего, по совокупности нескольких показателей, а именно твердости и модуля упругости покрытия, композиционной твердости и модуля упругости топокомпозита, которые определяются по формулам:
- модуль упругости находится как:
Figure 00000001
где E0, μ0 - модуль нормальной упругости и коэффициент Пуассона материала основы;
Eи, μи - модуль нормальной упругости и коэффициент Пуассона материала индентора;
E1, μ1 - модуль нормальной упругости и коэффициент Пуассона материала покрытия;
К1, К0, Кэкс, Ки - величины приведенного коэффициента упругости покрытия, основы, из эксперимента и индентора.
При этом μ1 вычисляют по результатам расчета модуля упругости покрытия по известным зависимостям по кривой разгружения.
- композиционный модуль упругости топокомпозита определяется как:
Figure 00000002
где Eс - модуль упругости материала слоистого тела;
Ф - упруго-геометрический параметр, диапазон существования которого
Figure 00000003
для
Figure 00000004
;
t0 - толщина поверхностного слоя слоистого полупространства, моделирующего реальное слоистое тело с покрытием h;
Figure 00000005
- предельный радиус пятна контакта, рассчитываемый для среды с упругими характеристиками материала основы при упругом внедрении в нее сферического индентора радиуса R с силой P;
a 0 - радиус пятна контакта;
A1, A2, A3, …Ai, B1, B2, B3, …Bj - коэффициенты двухточечной Паде-аппроксиманты.
- твердость покрытия находится как:
Figure 00000006
при
Figure 00000007
где Pэкс - нагрузка на инденторе;
Aс - площадь отпечатка;
s - глубина внедрения индентора;
h - толщина покрытия.
s* - предельная глубина внедрения индентора для определения границы существования истинной твердости покрытия исследуемой поверхности с топокомпозитной структурой.
- композиционная твердость топокомпозита находится как:
Figure 00000008
где H0 - твердость основы;
Figure 00000009
- предельный упругогеометрический параметр в области глубин внедрения больших, чем 0,1 толщины покрытия, рассчитывается по аналитической зависимости;
Figure 00000010
- текущее значение относительной толщины покрытия;
Figure 00000011
- предельный радиус отпечатка, соответствующий переходу от упругой деформации к пластической при внедрении в поверхность слоистого тела сферического индентора.
Практический способ реализуется следующим образом:
Способ и устройство для определения твердости и модуля упругости покрытия, а также композиционных твердости и модуля упругости топокомпозита, заключающиеся в том, что определяют толщину покрытия и модуль упругости материала основы известными методами (ГОСТ Р 55042-2012, ГОСТ 1497-84), вводят измерительный модуль с индентором в отверстие исследуемого изделия на заданное расстояние, производят нагружение (внедрение) алмазного пирамидального наконечника в поверхность изделия без покрытия и в поверхность того же изделия, имеющего покрытие известной толщины, на глубину, превышающую 0,1 толщины покрытия, записывают диаграммы изменения величины нагрузки с увеличением глубины внедрения.
Определение твердости проводят известным способом по формуле:
Figure 00000012
i=6÷10
где Pэкс - нагрузка на инденторе, Aс - площадь поперечного сечения контактной поверхности между индентором и испытуемым образцом определяется по кривой разгрузки и функции площади индентора, h - толщина покрытия, s - глубина внедрения в материал основы и материал с покрытием, s* - предельная глубина внедрения индентора для определения границы существования истинной твердости покрытия исследуемой поверхности с топокомпозитной структурой.
Отличительной особенностью этого способа является то, что определение твердости ведется по 6-10 значениям и в более широкой области значений относительной глубины внедрения
Figure 00000013
чем известное решение, что повышает точность измерений и достоверность получаемых данных. Значение s* рассчитывается по известной методике (Воронин Н.А. Теоретическая оценка композиционной и истинной твердости тонких покрытий. Трение и смазка в машинах и механизмах. 2011, №7. с. 11-21).
Определение модуля упругости тонкого покрытия проводят, используя диаграммы изменения величины нагрузки с увеличением глубины внедрения, по которым получают массив данных (или функциональную зависимость) изменения параметра
Figure 00000014
, который обозначается как Mэкс, значения входящих в данный параметр величин определяются при равных по величине значениях нагрузки, от относительной глубины внедрения
Figure 00000015
сравнивают с теоретически рассчитанным массивом данных (или аналитическими зависимостями) изменения параметра
Figure 00000016
для ряда дискретных значений величины контактного модуля упругости К от относительной глубины внедрения индентора в поверхность модели слоистого тела, имитирующего поверхность изделия с покрытием, определяют модуль нормальной упругости материала покрытия по результатам максимального совпадения значений параметра Mэкс, полученного из эксперимента, с набором значений параметра Mтаб с определенным значением K, в диапазоне от 0,2 до 1,0 значений относительной глубины внедрения индентора
Figure 00000017
, используя следующие зависимости и обозначения:
Figure 00000018
Figure 00000019
i=1…n;
Figure 00000020
Figure 00000021
Figure 00000022
j=1…k;
где
Figure 00000023
Figure 00000024
Figure 00000025
Figure 00000026
С учетом упругости индентора контактный модуль упругости определяется как
Figure 00000027
где
Figure 00000028
(Eи, μи - модуль нормальной упругости и коэффициент Пуассона материала индентора). Сопоставляя массив значений Mэкс, полученных из эксперимента инструментального внедрения для исследуемого изделия с покрытием, с табличным массивом Mтаб, можно определить численно и графически контактный модуль упругости Kэкс. Модуль Юнга покрытия определяют по формуле:
Figure 00000029
где Ф - упругогеометрический параметр, диапазон существования которого
Figure 00000030
для
Figure 00000031
Figure 00000032
Figure 00000033
t0 - толщина поверхностного слоя слоистого полупространства, моделирующего реальное слоистое тело с покрытием h; a 0 - радиус пятна контакта;
Figure 00000034
- предельный радиус пятна контакта, рассчитываемый для среды с упругими характеристиками материала основы при упругом внедрении в нее сферического индентора радиуса R с силой P. Под предельным радиусом понимается радиус области контакта, при котором в твердом однородном теле при внедрении в его поверхность жесткого сферического индентора возникает пластическая деформация; E1, E0, Eи - модули нормальной упругости материалов покрытия, основы (подложки) и индентора, К0, Кэкс, Ки - величины контактной упругости основы, из эксперимента и индентора, μ0 μ1 μи - коэффициенты Пуассона материала основы, покрытия и индентора, h - толщина покрытия,
Figure 00000035
- текущее значение относительной толщины покрытия, s0, sc - текущая глубина внедрения в материал основы и материал с покрытием (слоистое тело);
Figure 00000036
- предельный радиус отпечатка, соответствующий переходу от упругой деформации к пластической при внедрении в поверхность слоистого тела сферического индентора; A1, A2, A3, …Ai, B1, B2, B3, …Bj - коэффициенты двухточечной Паде аппроксиманты, рассчитываемые по известным формулам (Н.А. Воронин. Расчет параметров упругого контакта и эффективных характеристик топокомпозита для случая взаимодействия последнего со сферическим индентором. Трение и износ, 2002, т. 23, №6, с. 583-596).
Отличительной особенностью этого способа является то, что коэффициент Пуассона покрытия определяется в результате использования значения модуля упругости материала покрытия, как компактного тела, определяемого известным способом [ГОСТ Р 8.748-2011] по кривой разгрузки, что приводит к повышению точности определения модуля упругости покрытия по заявляемому способу. В известных способах определения модуля упругости покрытия коэффициент Пуассона покрытия приравнивается к коэффициенту Пуассона основы.
Композиционный модуль упругости топокомпозита определяется аналитически по формуле:
Figure 00000037
где E0 - модуль нормальной упругости материала основы, Ф - упругогеометрический параметр.
Определение композиционной твердости топокомпозита производится аналитически по формуле, используя данные по модулям упругости и твердости компонентов слоистой системы:
Figure 00000038
где H0 - твердость основы,
Figure 00000039
- предельный упругогеометрический параметр, диапазон существования которого
Figure 00000040
для 0≤h≤∞,
Figure 00000041
.
Предельный упругогеометрический параметр
Figure 00000042
и связь модельного слоя t0 с толщиной покрытия в области глубин внедрения больших, чем 0,1 толщины покрытия, рассчитывается по аналитической зависимости:
Figure 00000043
для глубин внедрения меньше, чем 0,1 толщины покрытия, рассчитывается по аналитической зависимости:
Figure 00000044
для глубин внедрения от 0,5 и более толщины покрытия рассчитывается по аналитической зависимости:
Figure 00000045
(Воронин Н.А. Теоретическая оценка композиционной и истинной твердости тонких покрытий. Трение и смазка в машинах и механизмах. 2011, №7, с. 11-21).
Данный способ может быть реализован в предлагаемом устройстве для осуществления способа, содержащее массивное основание, на котором расположена подвижная стойка с вращающейся площадкой, на которой закреплена располагаемая внутри детали штанга с возможностью перемещения ее по трем осям и вращения вокруг своей оси с помощью расположенных на стойке приводов, а также установленный на штанге люнет, на хвостовике штанги установлена цифровая камера и консольно закрепленный измерительный модуль, включающий в себя алмазный индентор и датчики перемещения по трем осям и осевого вращения, связанные с блоком управления, оснащенный компьютером и имеющий в своем составе котроллеры управления приводами, измерительного модуля, компьютер имеет в своем составе контроллер люнета, люнет может быть выполнен в виде рычажного механизма на основе гигантской магнитосрикции опорных элементов, или сменной стержневой опоры с пружинным приводом, или промежуточной калиброванной эллиптической опоры, причем измерительный модуль, включающий в себя дополнительно датчик глубины внедрения индентора, может быть выполнен как емкостного так оптического типа, или на основе линейного дифференциального трансформатора.
Указанное устройство представлено на следующих фиг. 1-6:
Фиг. 1 - эскиз прибора;
Фиг. 2 - эскиз основания и стойки с штангой;
Фиг. 3 - схема штанги с люнетом, вариант 1;
Фиг. 4 - схема штанги с люнетом, вариант 2;
Фиг. 5 - схема штанги с люнетом, вариант 3;
Фиг. 6 - схема блока управления.
Предлагаемое устройство предназначено для измерения физико-механических свойств материалов покрытий внутренних поверхностей сквозных и глухих отверстий изделий 1, содержащих массивное основание 2, на котором расположена подвижная стойка 3 с вращающейся площадкой 4, на которой закреплена располагаемая внутри отверстий изделия 1 штанга 5 с возможностью перемещения ее по трем осям и вращения вокруг своей оси с помощью расположенных на стойке приводов, а также установленный на штанге люнет, состоящий из рычагов 6, 7. На хвостовике штанги 5 установлена цифровая камера 8 и консольно закрепленный измерительный модуль 9, включающий в себя алмазный индентор (не показан), датчики перемещения по трем осям и осевого вращения и дополнительно датчик глубины внедрения 10, связанные с блоком управления 11, оснащенным компьютером 12 с программным обеспечением и имеющий в своем составе котроллер управления приводами 13, котроллер измерительного модуля 14 и котроллер люнета 15.
Люнет может быть выполнен в различных вариантах:
Вариант 1 (фиг. 3): Люнет выполнен в виде двух рычагов 6, 7, шарнирно соединенных между собой в средней части одного из них, при этом один конец люнета 6 шарнирно соединен с хвостовиком штанги 5, другой конец 7 закреплен к ее средней части, а третий свободный конец рычага 7 упирается во внутреннюю поверхность изделия 1. Рычаги 6, 7 выполнены из магнитострикционного материала на основе сплава или системы сплавов редкоземельных металлов с железом, в частности (Tb и/или Sm, Dy, Er и т.д.) Fe2, и имеют свойство деформации (удлинения) при наложении на него магнитного поля (свойство магнитострикции). Поверх рычагов располагается магнитная катушка 16, которая при подаче на нее напряжения с контроллера люнета 15 генерирует магнитное поле, что приводит к удлинению рычагов 6 и 7, один из которых упирается свободным концом во внутреннюю поверхность изделия 1.
Вариант 2 (фиг. 4): Люнет выполнен в виде сменной стержневой опоры 17, крепящейся нижним концом к двойной плоской пружине 18, а верхним концом упирается в изделие 1. Пружина левым концом закрепляется в штанге 5, а правым через тягу 19 и резьбовую втулку 20 соединяется с приводным рычагом 21. Рычаг 21, поворачиваясь в резьбовой втулке 20, давит на тягу 19, которая сжимает плоскую пружину 18 и стержневая опора 17 поднимается, упираясь в изделие 1 с противоположной стороны от индентора. Стержневая опора сменная и меняется в зависимости от внутреннего диаметра изделия.
Вариант 3 (фиг. 5): Люнет выполнен в виде промежуточной калиброванной эллиптической опоры 22. Опора 22 плотно надевается на штангу 5. После ввода хвостовика штанги в изделие 1 и позиционирование измерительного модуля 9 на место измерения эллиптическая опора 22 вручную вводится в отверстие изделия 1, жестко фиксируя штангу внутри изделия 1. Промежуточная калиброванная эллиптическая опора является сменной и меняется в зависимости от внутреннего диаметра изделия.
Способ реализуется с помощью предлагаемого устройства, которое позволяет проводить измерение физико-механических свойств внутренних поверхностей сквозных и глухих отверстий в режиме одного технологического процесса диагностирования. Для проведения измерений в устройстве используется прецизионный малогабаритный измерительный модуль, способный размещаться и работать при минимальном диаметре отверстия 30 мм или больше и позиционно перемещаться на глубину. Проводить измерения на расстоянии от среза отверстия в диапазоне величин от непосредственно вблизи среза отверстия до 10-кратного значения диаметра отверстия, в диапазоне глубин внедрения от единиц нанометров до десятка микрометров, т.е. в диапазоне, перекрывающем установленные стандартами глубины внедрения для проведения измерения нанотвердости и микротвердости.
Работа на приборе осуществляется следующим образом:
Изделие 1 устанавливают на призму основания 2. Используя программное обеспечение персонального компьютера 12, задают необходимые параметры измерения и нажимают кнопку запуска измерений. С компьютера подается управляющий сигнал на блок управления 11, который производит позиционирование измерительного модуля 9 на ось измеряемого изделия вдоль осей Y и Z через блок управления 11 и контроллер приводами 13. С помощью привода стойка 3 осуществляет поступательное перемещение вдоль оси X навстречу измеряемому изделию, тем самым вводя штангу 5 с настраиваемым люнетом 6, 7 и измерительным модулем 9 вовнутрь исследуемого изделия на заданную в программе величину. Визуальный контроль за движением штанги осуществляют с помощью цифровой камеры 8. Затем производится поворот штанги с измерительным модулем 9 на заданный в программе угол за счет вращения площадки 4 с помощью поворотного привода, перемещение штанги в радиальном направлении к поверхности и позиционирование измерительного модуля над исследуемой областью поверхности. Далее производится автоматическая фиксация штанги 5 с измерительным модулем 9 внутри изделия через контроллер 15 с помощью выдвигающихся частей люнета 6, 7, или поворотом рычага 21, приводящего его к сжатию пружины 18 и подъему стержневой опоры 17 с упором в изделие 1, или введение эллиптической опоры 22 в отверстие изделия 1. После этого производится микромеханическая характеристика внутренней поверхности изделия с помощью внедрения индентора измерительного модуля 9, например алмазной пирамиды Виккерса. Для нагружения и перемещения задействуются пьезокерамические движители головки индентора, а измерение производится датчиком глубины внедрения через блок управления 11. Таким образом, за одно измерение получают весь спектр физико-механических характеристик внутренней поверхности с тонким покрытием на изделии. После завершения измерений через контроллер 15 происходит складывание частей люнета 6, 7, или поворотом рычага 21 происходит разжатие пружины 18 и опускание стержневой опоры 17, или снятие эллиптической опоры 22 и измеряемый модуль перемещается в новую точку измерений угловым или линейным перемещением. Процесс внедрения индентора записывается в виде диаграммы нагружения в координатах «нагрузка - глубина внедрения», автоматической обработкой которой по заявляемому способу получают комплекс физико-механических свойств исследуемого тонкого покрытия, такие, например, как твердость и модуль упругости покрытия, а также композиционные твердость и модуль упругости топокомпозита и т.д.

Claims (29)

1. Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя полых изделий, имеющего поверхностно-слоистое твердое тело - топокомпозит, заключающийся во внедрении в поверхность изделия пирамидального индентора из твердого материала с известными упругими характеристиками, регистрации диаграммы нагружение - глубина внедрения и обработки массива данных по математическим зависимостям, отличающийся тем, что производится внедрение упругого индентора в криволинейную внутреннюю поверхность топокомпозита в диапазоне глубин внедрения от единиц нанометров до десятка микрометров, при этом осуществляется регистрация данных измерения, а также их обработка с использованием теоретических аналитических зависимостей, описывающих механику нормального контактного взаимодействия упругого сферического индентора с покрытием из топокомпозита в области упругопластического деформировании последнего, по совокупности нескольких показателей, а именно твердости и модуля упругости покрытия, композиционной твердости и модуля упругости топокомпозита, которые определяются по формулам:
- модуль упругости определяется как:
Figure 00000046
где E0, μ0 - модуль нормальной упругости и коэффициент Пуассона материала основы;
Еи, μи - модуль нормальной упругости и коэффициент Пуассона материала индентора;
E1, μ1 - модуль нормальной упругости и коэффициент Пуассона материала покрытия;
К1, К0, Кэкс, Ки - величины приведенного коэффициента упругости покрытия, основы, из эксперимента и индентора,
- композиционный модуль упругости топокомпозита определяется как:
Figure 00000047
где Ес - модуль упругости материала слоистого тела;
Ф - упругогеометрический параметр, диапазон существования которого
Figure 00000048
для
Figure 00000049
t0 - толщина поверхностного слоя слоистого полупространства, моделирующего реальное слоистое тело с покрытием h;
Figure 00000050
- предельный радиус пятна контакта, рассчитываемый для среды с упругими характеристиками материала основы при упругом внедрении в нее сферического индентора радиуса R с силой Р;
а 0 - радиус пятна контакта;
A1, A2, A3, …Ai, B1, B2, B3, …Bj - коэффициенты двухточечной Паде-аппроксиманты,
- твердость покрытия определяется как:
Figure 00000051
при
Figure 00000052
где Рэкс - нагрузка на инденторе;
Ас - площадь отпечатка;
s - глубина внедрения индентора;
h - толщина покрытия;
s* - предельная глубина внедрения индентора,
- композиционная твердость топокомпозита определяется как:
Figure 00000053
где Н0 - твердость основы;
Figure 00000054
- предельный упругогеометрический параметр в области глубин внедрения больших, чем 0,1 толщины покрытия, рассчитывается по аналитической зависимости;
Figure 00000055
- текущее значение относительной толщины покрытия;
Figure 00000056
- предельный радиус отпечатка, соответствующий переходу от упругой деформации к пластической при внедрении в поверхность слоистого тела сферического индентора.
2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее массивное основание, на котором расположена подвижная стойка с вращающейся площадкой, на которой закреплена располагаемая в полости изделия штанга с возможностью перемещения ее по трем осям и вращения вокруг своей оси с помощью расположенных на стойке приводов, а также установленный на штанге люнет, на хвостовике штанги установлена цифровая камера и консольно закрепленный измерительный модуль, включающий в себя алмазный индентор и связанные с блоком управления датчики перемещения по трем осям и осевого вращения, при этом блок управления оснащен компьютером, имеет в своем составе контроллеры управления приводами, отличающееся тем, что люнет может быть выполнен в виде рычажного механизма, действующего на основе гигантской магнитосрикции опорных элементов, или в виде сменной стержневой опоры с пружинным приводом, или в виде промежуточной калиброванной эллиптической опоры, при этом люнет связан отдельным контроллером с блоком управления, а измерительный модуль включает в себя дополнительно датчик глубины внедрения индентора, выполненный как емкостного, так и оптического типа, или на основе линейного дифференциального трансформатора.
RU2016139028A 2016-10-04 2016-10-04 Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя материала изделия и устройство для его осуществления RU2646442C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139028A RU2646442C1 (ru) 2016-10-04 2016-10-04 Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя материала изделия и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139028A RU2646442C1 (ru) 2016-10-04 2016-10-04 Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя материала изделия и устройство для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2646442C1 true RU2646442C1 (ru) 2018-03-05

Family

ID=61568815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016139028A RU2646442C1 (ru) 2016-10-04 2016-10-04 Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя материала изделия и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2646442C1 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683597C1 (ru) * 2018-05-23 2019-03-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Способ определения модуля упругости материала покрытия на изделии
CN110163967A (zh) * 2019-05-24 2019-08-23 武汉大势智慧科技有限公司 一种支持跨Tile的拓扑连接的三维大型水域修复技术
CN110502845A (zh) * 2019-08-27 2019-11-26 长沙理工大学 基于遗传算法和黏弹性理论的pfwd路基模量确定方法
RU2715887C1 (ru) * 2019-04-01 2020-03-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Способ определения коэффициента пуассона
RU213873U1 (ru) * 2021-11-23 2022-10-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" Измерительно-силовая головка для наноиндентирования
CN117347207A (zh) * 2023-10-16 2024-01-05 秦皇岛华日升电子有限公司 一种在线硬度自动检测系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1730574A1 (ru) * 1990-02-19 1992-04-30 Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Способ контрол структурной неоднородности поверхностного сло детали
UA58680A (ru) * 2002-06-07 2003-08-15 Запорізький Національний Технічний Університет Способ определения модуля упругости покрытия
CN103528885A (zh) * 2013-09-26 2014-01-22 天津大学 测试涂层弹性模量的方法
RU2532758C2 (ru) * 2012-11-14 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" Способ определения модуля упругости однородного покрытия

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1730574A1 (ru) * 1990-02-19 1992-04-30 Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Способ контрол структурной неоднородности поверхностного сло детали
UA58680A (ru) * 2002-06-07 2003-08-15 Запорізький Національний Технічний Університет Способ определения модуля упругости покрытия
RU2532758C2 (ru) * 2012-11-14 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" Способ определения модуля упругости однородного покрытия
CN103528885A (zh) * 2013-09-26 2014-01-22 天津大学 测试涂层弹性模量的方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683597C1 (ru) * 2018-05-23 2019-03-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Способ определения модуля упругости материала покрытия на изделии
RU2715887C1 (ru) * 2019-04-01 2020-03-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Способ определения коэффициента пуассона
CN110163967A (zh) * 2019-05-24 2019-08-23 武汉大势智慧科技有限公司 一种支持跨Tile的拓扑连接的三维大型水域修复技术
CN110163967B (zh) * 2019-05-24 2022-11-25 武汉大势智慧科技有限公司 一种支持跨Tile的拓扑连接的三维大型水域修复技术
CN110502845A (zh) * 2019-08-27 2019-11-26 长沙理工大学 基于遗传算法和黏弹性理论的pfwd路基模量确定方法
RU213873U1 (ru) * 2021-11-23 2022-10-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" Измерительно-силовая головка для наноиндентирования
CN117347207A (zh) * 2023-10-16 2024-01-05 秦皇岛华日升电子有限公司 一种在线硬度自动检测系统
CN117347207B (zh) * 2023-10-16 2024-06-04 秦皇岛华日升电子有限公司 一种在线硬度自动检测系统
RU2811668C1 (ru) * 2023-12-05 2024-01-15 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧСПЕЦПРИБОР" Динамический наноиндентор

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2646442C1 (ru) Способ определения физико-механических характеристик модифицированного поверхностного слоя материала изделия и устройство для его осуществления
EP3076153B1 (en) Method for calculating an indenter area function and quantifying a deviation from the ideal shape of an indenter
EP3093646B1 (en) Method for automated parameter and selection testing based on known characteristics of the sample being tested
Fischer-Cripps Critical review of analysis and interpretation of nanoindentation test data
KR20030009665A (ko) 유한요소해에 기초한 물성평가 구형 압입시험기
US11781957B2 (en) Material performance testing including improved load detection
US8621903B2 (en) Continuous or instrumented indentation device with convex bearing surface and use thereof, particularly for metal sheet indentation
Menčík Determination of mechanical properties by instrumented indentation
US8186210B2 (en) Surface evaluation employing orthogonal force measurement
WO2007143094A2 (en) Measurement of properties of thin specimens based on experimentally acquired force-displacement data
US20170284912A1 (en) Compensated Mechanical Testing System
US20190145878A1 (en) Methods for surface evaluation
Du et al. Direct measurement of plowing friction and wear of a polymer thin film using the atomic force microscope
Lee et al. Nanomechanical property and nanowear measurements for sub-10-nm thick films in magnetic storage
Huang et al. Mechanical characterization of thin film materials with nanoindentation measurements and FE analysis
RU2551263C2 (ru) Способ определения свойств материала наноиндентированием
RU2077718C1 (ru) Устройство для исследования деформационных свойств плоских волокно-содержащих материалов
Beake et al. Microtribology: new tools to fill measurement gap
JP2003262577A (ja) 圧子押し込みによるヤング率評価装置
Nair et al. Measuring Hardness and More through Nanoindentation
RU2715887C1 (ru) Способ определения коэффициента пуассона
Huber et al. An experimental device for depth-sensing indentation tests in millimeter-scale
RU2475722C2 (ru) Способ идентификации материала в насыпном виде и устройство для его осуществления
Winer et al. Mechanical Engineering Series
Jadhav Effect of Bi-axial Residual Stresses on the Micro-Indentation Behaviour of Bulk Materials