UA82882C2 - Спосіб визначення залишкових напружень - Google Patents
Спосіб визначення залишкових напружень Download PDFInfo
- Publication number
- UA82882C2 UA82882C2 UAA200512345A UAA200512345A UA82882C2 UA 82882 C2 UA82882 C2 UA 82882C2 UA A200512345 A UAA200512345 A UA A200512345A UA A200512345 A UAA200512345 A UA A200512345A UA 82882 C2 UA82882 C2 UA 82882C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- hardness
- coating
- residual stresses
- indenter
- residual
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 60
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims description 23
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 18
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 59
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 27
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 101001123530 Nicotiana tabacum Putrescine N-methyltransferase 3 Proteins 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000000866 electrolytic etching Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
Опис винаходу
Винахід, що заявляється, стосується області механічних випробувань матеріалів і може бути використаний 2 для визначення залишкових напружень, які являють собою суперпозицію структурних та термічних напружень в керамічних та металевих покриттях товщиною 710 мм. Також спосіб може бути застосований щодо проведення випробувань в поверхневих та внутрішніх шарах металічних та неметалічних матеріалів для визначення залишкових напружень, які утворюються під дією фазових перетворень, термічної та/або механічної дії. то Відомо про спосіб визначення залишкових напружень в поверхневих шарах металічних виробів за допомогою рентгенівських промінів (Ббиргер И.А. Остаточнье напряжения М.: Машиностроение. -1963. - с.55-67, 74-79), відповідно до якого пучок рентгенівських променів, який направлено на поверхню металу, відображається від атомних решіток кристалів, що призводить до інтерференції та утворенню кілець Дебая-Шерера, ширина яких залежить від рівня напружень. т Недоліками способу є низька точність визначення напружень, необхідність використання спеціального коштовного обладнання та спеціальних приміщень, а також його екологічна шкідливість.
Відомий спосіб визначення залишкових напружень в покриттях |Яковчук Ю.Е., Лоскутов В.Ф., Чернега С.М.
Установка для определения остаточньїх напряжений в диффузионньїх слоях. Заводская лаборатория, 1984,
Мое71, відповідно до якого плоский зразок (2х7х55мм) з покриттям наражають електролітичному травленню по одній площині (7х55мм). В результаті цього відбувається зменшення товщини покриття на одній стороні і як наслідок досягається порушення рівноваги, що призводить к деформуванню зразка шляхом згину. В процесі стравлювання виміряють деформацію зразка, а залишкові напруження визначають із залученням відомого модуля Юнга з урахуванням стріли прогинання, що реєструється.
Зазначений спосіб має наступні недоліки: низьку точність, що зумовлена зміною напруженого стану частини с 29 покриття, яка залишилась при видаленні частини покриття в результаті стравлення; неможливість визначення Ге) залишкових напружень з урахуванням діючих в покритті структурних напружень; високу трудомісткість і низьку технологічність, яка зумовлена великою тривалістю випробувань (4-8 годин) та утрудненням підбору режиму травлення внаслідок високої корозійної стійкості більшості матеріалів, які використовують для захисних поверхневих шарів (наприклад: карбідів, нітридів, боридів тощо); високу токсичність, яка зумовлена с 3о присутністю в складі речовини для травлення концентрованих кислот, лугів тощо. о
За технічною суттю та досягаємим ефектом найбільш близьким до заявки є спосіб визначення залишкових напружень |(Бякова А.В., Горбач В.Г. Власов А.А., Грушевский Я.Л. Патент России, МКИ 5 5 01 М З3/00, со
Мо2032162, 11.10.91, БИ Ме9, опубл. 27.03.95), за яким в поперечному перерізі покриття, яке випробується, с статично вдавлюють гострий пірамідальний індентор при ортогональній орієнтації його діагоналей відносно напрямку дії залишкових напружень до утворення відбитку твердості з крихкими тріщинами, які со розповсюджуються від його верхівок. Після розвантаження виміряють геометричні параметри відбитку, а геометричні параметри тріщин виміряють окремо в двох взаємно перпендикулярних напрямках, оцінюють їх топологію, визначають рівноважне Кс та ефективне Кс? значення в'язкості руйнування відповідно паралельно « 70 та перпендикулярно дії залишкових напружень і розраховують значення с з урахуванням дійсних лінійних З с розмірів зерна покриття. Для побудови епюри, величину залишкових напружень визначають в декількох точках поперечного перерізу покриття на різній відстані "У" від його зовнішньої границі, а величину залишкових ;з» напружень в точці, яку отримують за умови У-0, визначають з урахуванням значення К (с2?, отриманого при вдавлюванні індентора в поверхню покриття.
Спосіб може використовуватися для проведення іспитів в поверхневих шарах з міцних матеріалів з оо відношенням Е»20О0ГПа; оО»50ГПа; С/Е"»0,24; т ЕЛ- БМ тре 0,33 НЕ: 0,01.
Пши- 2 (се) Недоліками способу є: неможливість досягнення утворення відбитку твердості з крихкими тріщинами при вдавлюванні індентора в металеві покриття та шари матеріалу; неможливість отримання відбитку твердості з со крихкими тріщинами при вдавлюванні індентора в поперечний переріз тонких керамічних покриттів та шарів
Ів» матеріалу (107мм); велика трудомісткість способу, яка зумовлена: необхідністю визначення лінійного розміру дійсного зерна покриття методами кількісного металографічного аналізу; низька точність, що зумовлена утрудненням визначення положення кінця тріщин, які розповсюджуються від верхівок відбитку твердості в 22 Керамічному матеріалі, що може призвести до помилки при визначенні їх топології за співвідношення с/а (де а - о половина довжини діагоналі відбитку індентора Вікерса, с - довжина тріщини від центру відбитку до її кінця), яке необхідно для правильного вибору розрахункових формул при визначенні рівноважного К ус та ко ефективного К/сеФ значень в'язкості руйнування, що входять в кінцеве співвідношення для розрахунку залишкових напружень с. Таким чином, існуючий натепер рівень техніки не дозволяє коректно визначати 60 залишкові напруження в процесі вдавлювання пірамідального індентора в покриття.
Задачею винаходу ,Спосіб визначення залишкових напружень", який пропонується, є розширення функціональних можливостей способу, зниження трудомісткості та підвищення його точності за рахунок проведення випробувань з застосуванням пірамідального індентора Кнупа з основою у вигляді ромбу, вдавлюванні індентора в двох сусідніх точках поперечного перерізу покриття або шару матеріалу при зусиллі бо вдавлювання, яке перевищує критичне значення Р С, отримання двох відбитків при орієнтації їх діагоналей ортогонально напрямку дії залишкових напружень і взаємно перпендикулярною орієнтацією довгих діагоналей, з урахуванням виконаних вимірів, визначають значення твердості НК за відбитками, в яких довга діагональ зорієнтована відповідно паралельно (НК) та перпендикулярно (НК 5) напряму дії залишкових напружень,
Величину залишкових напружень У знаходять геометричним чином за різністю значень твердості (НК. та НК») з використанням нормувального графіку, який побудовано незалежним методом в координатах (НК. - НК») - 5.
Величину залишкових напружень визначають з урахуванням значень твердості, які отримують в декількох перерізах шару матеріалу або покриття, які знаходяться на різний відстані один від одного.
Суть винаходу полягає в тому, що у знаному способі, за яким в поперечний переріз покриття статично то вдавлюють пірамідальний індентор до моменту утворення відбитку твердості при орієнтації його діагоналей ортогонально напрямку дії залишкових напружень, реєструють зусилля вдавлювання та виміряють після розвантаження геометричні параметри відбитку, з урахуванням яких визначають залишкові напруження, згідно винаходу випробування проводять з використанням стандартного пірамідального індентора Кнупа з основою у вигляді ромбу, вдавлювання індентора здійснюють в двох сусідніх точках покриття або шару матеріалу при т5 зусиллі вдавлювання, яке перевищує критичне значення Р С, отримують відбитки твердості з взаємо перпендикулярною орієнтацією довгих діагоналей, і, з урахуванням виконаних вимірів, визначають значення твердості (НК) за відбитками, в яких довга діагональ орієнтована відповідно паралельно (НК 4) та перпендикулярно (НК ») напряму дії залишкових напружень, а величину залишкових напружень а знаходять геометрично за різницею між значеннями твердості (НК. та НКо) з використанням нормувального графіку, побудованого незалежним методом в координатах (НК.-НК»)- г.
Окрім того, розподіл залишкових напружень по перерізу товстих покриттів або шарів матеріалу находять с урахуванням значень твердості (НК 4 та НК»), які отримують в декілька перерізах, що знаходяться на різній відстані (У) один від одного. сеч
Спосіб, що заявляється, реалізують наступним чином. Випробування виконують на зразках з покриттями та/"або поверхневими і внутрішніми шарами, що утворились будь яким знаним способом, в яких залишкові о напруження з'являються за рахунок фазових перетворень, утворення морфологічної текстури, а також виникають в результаті термічних та/або механічних впливів. В поперечному перерізі такого зразка виготовляють металографічний шліф шляхом шліфування частки матеріалу і наступного полірування та/або сеч електрополірування.
Далі в поперечному перерізі покриття або шару матеріалу виконують вдавлювання індентора Кнупа та со реєструють зусилля вдавлювання Р. с
Механічні випробування здійснюють на стандартних мікротвердомірах типу ПМТ-3 або металографічних мікроскопах, наприклад, мікроскопі ,Меорпої", який оснащено відповідним пристроєм для випробувань на с мікротвердість. В процесі випробувань зразок розташовують таким чином, що у відбитку твердості, який со отримують після вдавлювання індентора і розвантаження, діагоналі були зорієнтовані ортогонально діючим залишковим напруженням У , наприклад, в поперечному перерізі зразку з плоско паралельними поверхнями - ортогонально його зовнішній границі таким чином, як це наведено на схемі навантаження при випробуванні « (Фіг.1).
При цьому, спочатку зразок розташовують таким чином, щоб в одній групі відбитків твердості довга - с діагональ була розташована паралельно діючим залишковим напруженням 5 . При такому варіанті випробувань :з» розмір довгої діагоналі відбитку індентора, який отримано при прийнятому зусиллі вдавлювання, контролюється структурним станом покриття або шару матеріалу. Потім зразок повертають таким чином, щоб в іншій групі 415 відбитків довга діагональ була розташована перпендикулярно діючим залишковим напруженням У. При такому (о е| розташуванні зразка розмір довгої діагоналі відбитку індентора додатково контролюється залишковими напруженнями, які діють в покритті. о Невиконання умов ортогональності, при якому довга діагональ відбитку індентора Кнупа зорієнтована по о відношенню до напряму дії залишкових напружень У під деяким кутом о, призводить до порушення оо 20 вісісиметричності поля контактних напружень в області заглиблення індентора і, як наслідок, до викривлення форми відбитка, знижуючи точність способу. 05) Попередньо проводять дві серії випробувань зразку при ступінчастому зростанні зусилля Р (Р«Ро..«Ру) при переході від точки до точки з отриманням відбитків твердості Кнупа, в яких довга діагональ відбитку зорієнтована відповідно паралельно та перпендикулярно напряму дії залишкових напружень так, як це наведено вище. Після статичного вдавлювання індентора і розвантаження для кожної серії відбитків виконують виміри
ГФ! геометричних параметрів відбитків, за якими визначають значення твердості із співвідношення |Глазов В.М.,
Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов. М., Металлургиздат, 1962, с.73): т нк- г А Є.
З че 60 де 5 -площина проекції відбитка;
Р - зусилля вдавлювання в Н; а - розмір довгої діагоналі в м.
Після цього будують залежність твердості (НК) від навантаження і визначають значення критичних 65 навантажень Ро і Ро» за умов орієнтації довгої діагоналі відбитків відповідно у напрямках паралельним та перпендикулярним напряму дії залишкових напружень так, як це наведено для випадку випробувань в покритті з карбіду титану (Фіг.2).
Після проведення попередніх випробувань в двох сусідніх точках покриття або шару матеріалу виконують вдавлювання індентора Кнупа з зусиллями, які перевищують значення критичних навантажень Р 41 та
Ро» попередньо визначених за відповідними умовами орієнтації довгої діагоналі відбитка, після розвантаження виконують вимірювання геометричних параметром відбитків, з урахуванням яких визначають значення твердості
НК; (при напряму довгої діагоналі відбитку паралельно дії залишкових напружень) і НК» (при напряму довгої діагоналі відбитку перпендикулярно дії залишкових напружень).
Після цього визначають різницю значень твердості (НК. - НК») визначених за відбитками індентора, у яких 7/0 довгі діагоналі зорієнтовані відповідно в напрямах паралельному та перпендикулярному напряму дії залишкових напружень і з використанням нормувального графіку, побудованого незалежним методом в координатах (НК. -
НК») - 5, визначають величину залишкових напружень 5.
Окрім того, при побудові епюри розподілу залишкових напружень по перерізу товстих (більш 10"7мм) покриттів або шару матеріалу статичне вдавлюване індентора Кнупа в двох сусідніх точках проводять в 72 декількох його перерізах, які розташовані на різній відстані (М) один від одного. Орієнтацію відбитків індентора Кнупа в двох сусідніх точках покриття або шару матеріалу при відібраних зусиллях вдавлювання, які перевищують значення критичних навантажень Рі Ро», а також виміри геометричних параметрів відбитків твердості, визначення значень твердості (НК. і НК») і величини залишкових напружень, які діють в кожному перерізі покриття або шару матеріалу, виконують так, як наведено вище.
На основі отриманих результатів будують епюру розподілу залишкових напружень по перерізу покриття або шару матеріалу, де по осі абсцис відкладають значення У, а по осі ординат відповідне цьому перерізу отримане значення 5.
Приклад 1. Для проведення випробувань виготовляли зразок із сталі УВ у вигляді паралелепіпеду з с розмірами 2х10х15. На поверхню зразка методом хімічного газо фазного осадження нанесли покриття з карбіду титана ТіС при температурі 105022 протягом 6 годин. Після охолодження зразок з покриттям ТіС піддавали (о) нормалізації шляхом нагріву під шаром карбюризатора до температури 8202С з подальшим охолодженням на воздусі. Із зразка з покриттям виготовляли поперечний шліф за стандартною методикою. На виготовленому шліфі методом металографічного аналізу на мікроскопі ЕРІМАГ. при збільшені 1600Х вимірили товщину покриття, сі яку наведено в таблиці. со
Таблиця со
Результати випробувань. с со з 0) покриття | навантаження, ГМстань о ердості, 5 Матеріал покриття 6 Н ? від М ? б, в | підкладини |) або шару асо шару поверхні а МПа « гу : матеріалу, "
СТ) Стальув | ЛІС | 22 | 06 | 04 | 12 /15700| 31500 - 1550
І» с 2 Стльгіз |хінют| 29 | 04 | 02 150 22002300 2 -60 со ко Багатошарова о 4 | композиція Си 2000 02 0.1 1000 940 67 со Мо-Счи
Із Після цього на мікротвердомірі ПМТ-3 виконали попередні випробування, до яких увійшли статичне вдавлювання стандартною алмазною пірамідою Кнупа в центральній частині покриття таким чином, щоб діагоналі її відбитків були зорієнтовані ортогонально зовнішній межі покриття, вздовж якої діють утворені
Залишкові напруження.
В першій серії випробувань довгу діагональ відбитків твердості орієнтували паралельно зовнішній межі (Ф) покриття, а в наступній серії випробувань - перпендикулярно зовнішній межі покриття. В кожній серії з випробувань вдавлювання індентора Кнупа здійснювали за умов ступінчатого збільшення зусилля Р, Н (0,2:0,450,6«0,851,0) при переході від точки до точки. При кожному зусиллі вдавлювання робили не менш 10 бо Відбитків твердості. Після випробувань виміряли лінійний розмір довгої діагоналі відбитків в кожній серії з використанням металографічного мікроскопу при збільшені 1600хХ. За результатами вимірів визначали в кожній серії середнє значення мікротвердості при ступінчатому збільшенні зусилля вдавлювання Р, Н із співвідношення:
Р Р нк- 8-7 А т бо де 5 - площа проекції відбитка;
Р - зусилля вдавлювання в Н; а - розмір довгої діагоналі в м.
Для кожного зусилля вдавлювання значення твердості усереднювали за результатами вимірів 10 відбитків.
Після цього побудували графіки залежності середніх значень твердості НК. та НК» від зусилля вдавлювання для кожної серії випробувань (наведено на Фіг.2) Її визначали значення критичних навантажень Р 1 і Рос» при орієнтації довгої діагоналі відбитків відповідно у напрямах паралельному і перпендикулярному зовнішній межі покриття, які склали Ро1-0,6 Н і Ро»-0АН.
Далі, в двох сусідніх точках покриття виконали вдавлювання індентора Кнупа при зусиллях, які перевищують 70 значення критичних навантажень Р 1-0,6Н і Ро» 0,4Н, які відповідають орієнтації довгої діагоналі відбитка паралельно та перпендикулярно зовнішній межі покриття. Після розвантаження виміряли розміри довгих діагоналей відбитків, з урахуванням яких визначали значення твердості НК 4 (при напрямі довгої діагоналі відбитку паралельно дії залишкових напружень) і НК» (при напрямі довгої діагоналі відбитку перпендикулярно дії залишкових напружень), які наведені в таблиці.
Далі визначали різність значень твердості НК.-НК» і з використанням нормувального графіка в координатах (НК. - НК») - У (наведений на Фіг.3), який побудовано по стрілі прогину при електролітичному травленні зразка з покриттями ТіС в координатах (НК. - НК») - 7 , визначали величину залишкових напружень а (яку наведено в таблиці).
Приклад 2. Для проведення випробувань виготовили зразок зі стали Г13 у вигляди шайби з плоско паралельними протилежними поверхнями, яка мала діаметр 20мм та товщину 2мм. На виготовлений зразок за стандартними технологічними режимами, які використовують при прямому електронно-променевому випаровуванні, було нанесено покриття з сталі ХІ8НІТОТ при температурі підкладний 3002С. Далі із зразка з покриттям виготовили шліф у поперечному перерізі за загально прийнятою методикою і вимірили товщину с об покриття (яку наведено в таблиці) так саме, як було зроблено на прикладі 1. Шліф у поперечному перерізі було досліджено з виконанням послідовних вимірів і графічних побудов за результатами попередніх випробувань для (о) визначення значень критичних навантажень Р 1 і Ро» так саме, як це було виконане на прикладі 1. В кожній серії попередніх випробувань вдавлювання індентора Кнупа здійснювали при ступінчатому збільшенні зусилля
Р, Н(02х04«0,6«50,8«51,0«51,2«1,5) при переході від точки до точки. с зо Відстань від поверхні (У) та зусилля вдавлювання, які перевищували в випробуваннях критичне значення Р'1
Ї Ро» при орієнтації довгої діагоналі відбитку твердості відповідно паралельно і перпендикулярно зовнішній (ге) межі покриття наведено в таблиці. Значення залишкових напружень а знаходили графічно за різністю значень со твердості НК. та НК», визначених в двох сусідніх точках покриття при зусиллях, які перевищують значення критичних навантажень Рі і Ро» так саме, як це було наведено у прикладі 1. Для находження залишкових с зв напружень 5 було використано нормувальний графік в координатах (НК. - НК») - у (наведено на Фіг.4), який со побудовано при випробуваннях сталі ХІЗВН ЮТ на твердість в умовах одноосьового тиску, при якому індентор
Кнупа орієнтували довгою діагоналлю відбитка паралельно та перпендикулярно напряму осі навантаження.
Для визначення розподілу залишкових напружень по перерізу покриття в зразку статичне вдавлювання в « двох сусідніх точках проводили на різній відстані від поверхні. При випробуваннях на кожному рівні для кожної орієнтації довгої діагоналі відбитку відносно зовнішньої межі покриття наносили по 10 відбитків твердості. шщ с Результати випробувань зведені в таблиці. и Приклад 3. Для проведення випробувань виготовили зразок із сталі 15 у вигляді шайби з плоско ,» паралельними поверхнями, яка мала діаметр 20мм і товщину 5мм. На виготовлений зразок за стандартним технологічним режимом, який використовується при електролітичному мідненні, було нанесене мідне покриття при температурі електроліту 502С. Далі із зразка з покриттям виготовили шліф у поперечному перерізі за со загальноприйнятою методикою і вимірили товщину покриття (наведена в таблиці) так само, як виконано у з прикладі 1. Поперечний шліф покриття було випробувано з проведенням подальших вимірів та графічно побудованих за результатами попередніх випробувань для визначення критичних навантажень Р 4 і Рос» таким о чином, як це було наведено у прикладі 1. В кожній серії попередніх випробувань вдавлювання індентора Кнупа со 20 здійснювали при ступінчатому збільшенні зусилля Р, Н (0,2:0,4«0,650,8«1,0) при переході від точки до точки.
Відстань від поверхні (У) і зусилля вдавлювання, які перевищували в випробуваннях критичні значення Р с
Ще) Ї Ро» при орієнтації довгої діагоналі відбитка твердості відповідно паралельно та перпендикулярно зовнішній межі покриття, наведені в таблиці. Величину залишкових напружень а знаходили графічно за різницею значень твердості НК. та НК», визначених в двох сусідніх точках покриття при зусиллях, які перевищують значення 255 Ккритичних навантажень Р; і Ро» так, як це було наведено у прикладі 1. Для находження залишкових напружень о б використовували нормувальний графік в координатах (НК. - НК») - 5 (наведено на Фіг.5) побудований при випробуваннях міді на твердість в умовах одноосьового тиску, при якому індентор Кнупа орієнтували довгою о діагоналлю відбитка паралельно та перпендикулярно напряму осі навантаження.
Приклад 4. Для проведення випробувань виготовили зразок, який уявляє собою багатошарову композицію, бо складану з шарів молібдену та міді, які чергуються, у вигляді шайби з плоско паралельними поверхнями, яка мала діаметр 20мм та товщину 104мм. При цьому використовували стандартні технологічні режими, які застосовують при прямому електронно-променевому випаровуванні, при температурі підкладний 30020. Далі з багатошарового зразка виготовили поперечний шліф за загальноприйнятою методикою і вимірили товщину ве шарів Си та Мо (наведено в таблиці) так, як це було наведено на прикладі 1. У поперечному шліфі зразка були випробувані шари міді з проведенням подальших вимірів і графічних побудов для визначення значень критичних навантажень Рі і Ро» так, як це наведено на прикладі 1. В кожній серії попередніх випробувань міді вдавлювання індентора Кнупа здійснювали при ступінчатому зростанні зусилля Р, Н (0,2 х0,4«0,650,8«:1,0) при переході від точки до точки. Відстань від межі шару (У) та зусилля вдавлювання, які перевищували у випробуваннях критичне значення Р 4 і Ро» при орієнтації довгої діагоналі відбитку твердості відповідно паралельно та перпендикулярно межі розділу шарів, наведено в таблиці. Величину залишкових напружень 5 знаходили графічно за різністю значень твердості НК. та НК», визначених в двох сусідніх точках шару міді при зусиллях, що перевищують значення критичних навантажень Р і і Ро» так, як це було наведено на прикладі 1.
Для находження залишкових напружень а використали нормувальний графік в координатах (НК 4 - НК») - 5 то (наведено на Фіг.5), який побудовано при випробуваннях міді на твердість в умовах одноосьового тиску, при якому індентор Кнупа орієнтували довгою діагоналлю відбитка паралельно та перпендикулярно напряму осі навантаження.
Таким чином, пропонуємо рішення дозволяє: підвищення точності визначення значень залишкових напружень з використанням пружно-пластичного проникнення пірамідального індентора Кнупа з основою у т5 вигляді ромбу у будь-який частині поперечного перерізу покриття або шару матеріалу та/або побудувати епюру залишкових напружень; розширити функціональні можливості способу шляхом виключення необхідності реалізації контактного руйнування з утворенням відбитку твердості з тріщинами, які розповсюджуються від його верхівок і за рахунок цього здійснити його застосування для випробувань як керамічних, так і металевих покриттів або шарів матеріалу; підвищити точність визначення залишкових напружень за рахунок проведення випробувань з зусиллям вдавлювання Р, яке перевищує критичне значення Р р і більш точною реєстрацією лінійних розмірів геометричних параметрів (наприклад, розміру довгою діагоналі) відбитків індентора Кнупа у порівнянні з вимірами істинної довжини крихких тріщин біля верхівок відбитку твердості; знизити трудомісткість способу за рахунок зменшення кількості геометричних параметрів, які необхідні для його реалізації. с
Спосіб може використовуватися як у дослідницьких цілях при оцінці механічних властивостей виробів і Ге) створенні нових матеріалів, так Її в промисловому виробництві наприклад в гальванічних цехах для контролю якості електролітичних покриттів. с
Claims (2)
1. Спосіб визначення залишкових напружень, який включає вдавлювання пірамідального індентора в со поперечний переріз покриття або шару матеріалу до отримання відбитку твердості при орієнтації його Га діагоналей ортогонально напряму дії залишкових напружень, при цьому реєструють зусилля вдавлювання, Зо вимірюють після розвантаження геометричні параметри відбитку, з урахуванням яких визначають залишкові со напруження, який відрізняється тим, що випробування проводять з використанням пірамідального індентора Кнупа з основою у вигляді ромба, вдавлювання індентора здійснюють в двох сусідніх областях покриття або шару матеріалу з зусиллям вдавлювання, яке перевищує критичне значення, отримують два відбитки твердості з « взаємо перпендикулярною орієнтацією довгих діагоналей, і, з урахуванням виконаних вимірів, визначають 740 значення твердості (НК) за відбитками, в яких довга діагональ зорієнтована відповідно паралельно (НК 4) та т с перпендикулярно (НК») напряму дії залишкових напружень, величину залишкових напружень у визначають за ч . . . . - а різницею між значеннями твердості (НК) та (НКо) з використанням нормувального графіка, який будують незалежним методом в координатах (МК. - НК») - 5.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що величину залишкових напружень визначають з урахуванням о значень твердості, які отримують в декількох перерізах шару матеріалу або покриття, які знаходяться на різній відстані один від одного. ко со со І» Ф) ко 60 б5
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200512345A UA82882C2 (uk) | 2005-12-21 | 2005-12-21 | Спосіб визначення залишкових напружень |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA200512345A UA82882C2 (uk) | 2005-12-21 | 2005-12-21 | Спосіб визначення залишкових напружень |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA82882C2 true UA82882C2 (uk) | 2008-05-26 |
Family
ID=39819259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA200512345A UA82882C2 (uk) | 2005-12-21 | 2005-12-21 | Спосіб визначення залишкових напружень |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA82882C2 (uk) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2611078C1 (ru) * | 2013-01-31 | 2017-02-21 | Фронтикс, Инк. | Способ определения остаточного напряжения с применением инструментального индентирования, носитель информации с соответствующей компьютерной программой и устройство для инструментального индентирования, предназначенное для реализации инструментального индентирования с использованием носителя информации |
-
2005
- 2005-12-21 UA UAA200512345A patent/UA82882C2/uk unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2611078C1 (ru) * | 2013-01-31 | 2017-02-21 | Фронтикс, Инк. | Способ определения остаточного напряжения с применением инструментального индентирования, носитель информации с соответствующей компьютерной программой и устройство для инструментального индентирования, предназначенное для реализации инструментального индентирования с использованием носителя информации |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Joo et al. | Method for measuring nanoscale local strain in a dual phase steel using digital image correlation with nanodot patterns | |
| Hou et al. | Study of the interaction between the indentation size effect and Hall–Petch effect with spherical indenters on annealed polycrystalline copper | |
| Latella et al. | Titanium nitride/vanadium nitride alloy coatings: mechanical properties and adhesion characteristics | |
| Roa et al. | Contact damage and fracture micromechanisms of multilayered TiN/CrN coatings at micro-and nano-length scales | |
| Gelfi et al. | Relationship between through-thickness residual stress of CrN-PVD coatings and fatigue nucleation sites | |
| Eberl et al. | In situ measurement of the toughness of the interface between a thermal barrier coating and a Ni alloy | |
| Tillmann et al. | Measurement of the Young’s modulus of thermal spray coatings by means of several methods | |
| Prudenziati et al. | Cr 3 C 2-NiCr HVOF-sprayed coatings: microstructure and properties versus powder characteristics and process parameters | |
| Völker et al. | How tensile tests allow a screening of the fracture toughness of hard coatings | |
| Bemporad et al. | Characterisation and wear properties of industrially produced nanoscaled CrN/NbN multilayer coating | |
| Kleer et al. | Effect of process parameters on the residual stresses and the wear behavior of aluminum nitride physical vapor deposition coatings | |
| Jiang et al. | Effect of wafer size on the film internal stress measurement by wafer curvature method | |
| La Barbera-Sosa et al. | Microstructural and mechanical characterization of Ni-base thermal spray coatings deposited by HVOF | |
| UA82882C2 (uk) | Спосіб визначення залишкових напружень | |
| Richter | Application of Vickers indentation for assessment of PVD TiN coated new nonledeburitic high-speed steels | |
| Duan et al. | Influence of sample deformation and porosity on mechanical properties by instrumented microindentation technique | |
| Alsoufi et al. | Surface roughness and knoop indentation micro-hardness behavior of aluminium oxide (Al2O3) and polystyrene (C8H8) n materials | |
| RU2310183C2 (ru) | Способ определения остаточных напряжений | |
| Liew et al. | Elastic-plastic properties of mesoscale electrodeposited LIGA nickel alloy films: microscopy and mechanics | |
| Xiang et al. | Measuring the fracture toughness of ultra-thin films with application to AlTa coatings | |
| Faisal et al. | An improved measurement of Vickers indentation behaviour through enhanced instrumentation | |
| Park et al. | Acoustic emission characteristics for diagnosis of TBC damaged by high-temperature thermal fatigue | |
| Lyphout et al. | Mechanical property of HVOF inconel 718 coating for aeronautic repair | |
| Ortiz-Membrado et al. | Improved adhesion of cathodic arc PVD AlCrSiN coating on ion-implanted WC-Co substrates | |
| Smith et al. | Observation of residual stress and fatigue behavior of structurally integrated thermally sprayed nickel coatings |