SU1705725A1 - Способ определени физико-механических характеристик материала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к исследованию свойств материалов, предназначено дл  определени  физико-механических характеристик поверхностных слоев материалов и позвол ет расширить эксплуатационные возможности, Перед испытани ми на поверхность материала нанос т слой другого материала, твердость которого не менее чем на пор док отлична от твердости испытуемого материала, а толщина больше высоты профил  микрогеометрии испытуемого материала , внедр ют индентор в материал на глубину, большую толщины нанесенного сло , производ т выдержку и разгрузку с последующим определением искомых физико-механических характеристик по диаграмме , построенной в координатах усилие - глубина внедрени , начало которой совмещают с точкой перегиба. 2 ил. со

Description

Изобрэтениеотноситс  к исследованию характеристик материалов путем внедрени  индентора в образец и может быть использовано дл  определени  физико-механических характеристик поверхностных слоев материалов.

Известен метод определени  физико- механических характеристик поверхностных слоев материалов по их микротвердости с регистрацией основных параметров в виде двухкоординатной диаграммы вдавливани  нагрузка-глубина погружени  индентора.

Однако точность такого метода в значительной степени зависит от точного установлени  момента контакта индентора с испытуемым образцом. Установить этот момент при реализации способа невозможно,

что приводит к существенным ошибкам в значени х измер емых параметров,

Известен способ, реализуемый устройством дл  измерени  твердости, содержащим чувствительный элемент, регистрирующий момент контакта индентора с поверхностью образца.

Однако ввиду того, что базирующий наконечник чувствительнбго элемента удален он зоны контакта индентора с образцом,точ- нре определение момента контакта индентора с образцом невозможно, что значительно искажает результаты измерений .

Известен способ определени  физико- механических характеристик слоев материалов , включающий внедрение индентора в испытуемый материал, выдержку под нагрузкой и разгрузку при одновременной регистрации усили  и глубины внедрени  инентора па прот жении полного цикла испытаний с последующим определением искомых физико-мехзнических характеритик по диаграмме, построенной в координатах усилие-глубина внедрени . При этом увствительность измерительной схемы рибора по каналу Усилие в первоначальый момент касани  индентора с образцом величена, а затем измен етс  на заранее выбранный диапазон.

Однако дл  фиксации момента контака индентора с образцом по такому способу необходимо значительно увеличить чувствительность измерительного тракта, что существенно уменьшает производительность процесса измерений. Кроме того, такой спооб не1 позвол ет производить измерени  при малых нагрузках и глубинах внедрени  о 0,5 мкм, что необходимо при исследовании поверхностных слоев материалов.

Цель изобретени  - расширение эксплуатационных возможностей процесса определени ф и з и к о - м ё х а н и ч е с к и х характеристик материала за счет возможноти определени  характеристик материалов при малых нагрузках.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  физико-механических характеристик материалов, включающему внедрение индентора в испытуемый материал, выдержку его под нагрузкой , разгружение при одновременной регистрации нагрузки и глубины внедрени  индентора и построение диаграммы в координатах усилие - глубина внедрени , с учетом координат которой определ ют физико-механические характеристики материала , перед внедрением индентора нанос т на поверхность испытуемого материала слой материала, твердость которого не менее чем на пор док отличаетс  от твердости испытуемого материала, а толщины больше высоты прбфил  микрогеометрии испытуемого материала, внедр ют индентор на глубину , большую толщины сло , получают точку перегиба на диаграмме, которую принимают за начало отсчета.

На фиг. 1 приведен фрагмент внедрени  индентора в испытуемый материал через нанесенный слой материала; на фиг. 2 - пример диаграммы полного цикла испытаний .

Способ осуществл етс  следующим образом .

На поверхность образца 1 методом,например , вакуумного напылени  нанос т слой материала 2, твердость которого не менее чем на пор док отличаетс  от твердости испытуемого материала, а толщина

больше высоты микропрофил  поверхности образца R°max. Затем в образец внедр ют индентор 3 под нагрузкой, производ т выдержку и разгрузку при одновременной регистрации усили  и глубины внедрени  индентора 3 на прот жении полного цикла испытаний. Внедрение индентора производ т на глубину, большую толщины нанесенного сло , и точку перегиба на ветви

нагружени , характеризующую прохождение индентором границы нанесенного сло  и поверхности образца, принимают за начало отсчета (начало координат). Искомые фи- зико-механические характеристики

материала определ ютс  по площад м характерных участков диаграммы испытаний, построенной п координатах усилие-глубина внедрени .

П р и м е р 1, При реализации способа в

качестве образцов дл  проведени  испытаний использовали заготовки из технической меди пазмером 50 20 10 твердостью 46 х 107 Н/м2. На поверхность образца 1 методом вакуумного напылени  наносили слой 2

кварца твердостью 720 107 Н/м2,толщиНОЙ 8 MKM (RHmax). Поверхность ОбрЭЗЦОВ

испытуемого материала (меди) перед нанесением на них кварца шлифовали и полировали , при этом высота м и к р о п р о ф и л  

поверхности образцов составл ла 6 мкм (R°-:; x). В образец на глубину 12 мкм внедр ли индентор 3 и по регистрируемому усилию строили диаграмму испытаний (фиг. 2).

На участке нагружени  диаграммы в момент контакта индентора с испытуемым материалом возникает перегиб в точке О, характеризующий переход индентора из более твердого (в данном случае) в более м гкий

материал. Дл  определени  физико-механических характеристик начало участка нагружени  располагали в точке 02 перегиба и по площад м характерных участков диаграммы находили искомые характеристики как

отношение площади участка к общей площади диаграммы.

П р и м е р 2. Услови  испытаний те же, что и в примере 1. Измерени  производили на образцах размером 30 20 х 10 из зака0 ленной стали 40Х твердостью 870 10 Н/м . На поверхность образцов наносили слой меди толщиной 8 мкм твердостью 56 /10 Н/м (в данном примере твердость материала образца более чем на пор док больше

5 твердости материала наносимого сло ). В этом случае индентор внедр ли на величину 10 мкм первоначально в более м гкий материал (участок ветви нагружени  диаграммы испытани  пологий) и при переходе в более твердый материал испытуемого образца

(участок ветви нагружени  более крутой) на

участке нзгружени  диаграммы -возникает точка перегиба О . принимаема  за начало отсчета.

Приведенные примеры демонстрируют, что в зависимости от твердости испытуемо- го материала необходимо дл  нанесени  покрыти  использовать материал, твердость которого отличаетс  от твердости материала образца.

В указанных примерах величина внед- рени  индентора не превышала 4 мкм. Такие малые глубины внедрени  в испытуемый образец позвол ют исследовать поверхностные слои материала, что существенно расшир ет технологические возможности способа определени  физико- механических характеристик материалов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  физико-механических характеристик материала, заключаю-

   щийс  в том, что внедр ют индентор в испытуемый материал, выдерживают его под нагрузкой , разгружают его, одновременно регистрируют нагрузку и глубину внедрени  индентора и стро т диаграмму в координатах усилие - глубина внедрени , с учетом координат которой определ ют физико-механические характеристики материала, отличающийс  тем, что, с целью расширени  эксплуатационных возможностей, перед внедрением индентора нанос т на поверхность испытуемого материала слой материала , твердость которого не менее чем на пор док отлична от твердости испытуемого материала, а толщина больше высоты профил  микрогеометрии испытуемого материала , внедр ют индентор на глубину, большую толщины сло , получают точку перегиба на диаграмме, которую принимают за начало отсчета.

   фиг. /

   о

   Ктох

   рд |

   Pi, и

   Ii

   15

   11

   ««

   I

   f

   $

   0

   0.

   у

   fa, MKH

   /jw&jHa бнедрени  индентара ht мкн

   фиг. 2

   fa, MKH