Способ определения остаточных напряжений в образцах и устройство для его осуществления

1. Способ определения остаточных напряжений в образцах, включающий анодное травление в сернокислом электролите, определение деформации и расчет напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем стабилизации скорости травления, в процессе травления потенциал образца поддерживают в области значений потенциалов положительнее потенциала перепассивации металлов и отрицательнее потенциала выделения кислорода путем наложения корректирующих импульсов тока, а процесс ведут в электролите, содержащем, мас. % :
Плавиковая кислота 1,2 - 4,7
Серная кислота 21,4 - 21,6
Азотная кислота 7,1 - 7,2
Вода Остальное
2. Устройство для определения остаточных напряжений в образцах, содержащее электролитическую ванну и амперостат с обратной связью , отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем стабилизации скорости травления, оно снабжено блоком управления режимом травления и электродом сравнения, причем электрод сравнения и образец подключены к входу блока управления, а его выход соединен с амперостатом.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде согласующего блока, двух компараторов, триггера и токозадающего устройства, причем выход согласующего блока соединен с входами компараторов, выход компараторов - с входом триггера, выход триггера - с входом токозадающего устройства.

Изобретение относится к машиностроению и измерительной технике и может быть использовано при определении физико-механического состояния материала, в частности остаточных напряжений.
Целью изобретения является повышение точности путем стабилизации скорости травления.
На фиг. 1 схематически представлена область значений потенциалов положительнее потенциала перепассивации и отрицательнее потенциала выделения кислорода, в который заключен потенциал травления ₁ < _тр < ₂. Для титановых и алюминиевых сплавов, склонных к образованию на поверхности плотных окисных слоев полупроводникового характера и к смещению потенциала в анодную сторону в процессе травления, амплитуда корректирующих импульсов тока должна быть меньше тока травления J_к1<J<sub>тр, а для сплавов на никелевой основе и для сталей, склонных к перепассивации, когда может происходить, например, травление карбидов хрома и изменение скорости травления, амплитуда корректирующих импульсов тока должен быть больше тока травления J_к2>J_тр.
На фиг. 2 показаны осциллограммы изменения потенциала поверхности в момент срабатывания корректирующего импульса для случая, когда амплитуда корректирующих импульсов тока больше (J_к2) и меньше (J_к1) тока травления.
Значение граничных потенциалов, а также величина тока поляризации и амплитуды корректирующих импульсов тока определяют в предварительных экспериментах для каждой конкретной системы образец-электролит.
Если величина тока травления выбрана меньше оптимального для данной системы, то потенциал поверхности не достигает заданной области значений (J_тр) и может произойти активация поверхности. Для титановых сплавов это вызывает, например наводороживание поверхности и искажение кривой деформации, а следовательно, величины и знака остаточных напряжений. Для сплавов на никелевой основе при токе травления меньше оптимального наблюдается, например, растравливание структурных составляющих.
Если величина тока травления выбрана больше оптимальной, то для титановых и алюминиевых сплавов корректирующие импульсы следуют один за другим и скорость травления изменяется во времени, а для сплавов на никелевой основе возможно выделение кислорода, искажающее скорость травления.
На фиг. 3 дана схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит из ванны 1 с электролитом, погруженным в него образцом 2 и свинцовым вспомогательным электродом (катодом) 3, присоединенным к ним амперостатом 4 с эталонным сопротивлением 5. Блок управления амперостатом состоит из согласующего блока 6, вход которого соединен с образцом и электродом 7 сравнения, например хлорсеребряным, погруженным в сосуд 8, наполненный насыщенным раствором хлористого калия, и соединенным с электролитической ванной посредством электролитического ключа 9, заполненного соответствующими растворами. Выход согласующего блока соединен с компараторами 10 и 11, а их выходы соединены с входом триггера 12, соединенного с токозадающим устройством 13, выход которого подключен в качестве задатчика тока к амперостату. Датчик 14 деформации соединен с образцом.
Устройство работает следующим образом.
Потенциал между исследуемым образцом 2 и электродом 7 сравнения, изменяющийся во времени, подается через согласующий блок 6 на входы двух компараторов 10 и 11, пороги срабатывания которых определяют допустимые границы изменений потенциала образца. Сигналы с компараторов поступают на вход триггера 12, выходное напряжение которого определяет режим работы амперостата 4 (будет ли это ток поляризации или корректирующий импульс), а токозадающее устройство 13 определяет величину тока в обоих режимах. Датчик 14 деформации измеряет деформацию образца в процессе травления, по изменению которой с изменением глубины травления исследуемых слоев производят расчет остаточных напряжений.
П р и м е р 1. Определяют эпюру остаточных напряжений на образцах из титанового сплава ВТ-1 после их глянцовки.
Травление производят в электролите следующего состава, мас. % : HF 4,7 H₂SO₄ 21,4 NHO₃ 7,1 H₂O Остальное
Травление ведут в амперостатическом режиме с помощью амперостата при плотности тока 0,54 А/см², скорость травления составляет 8,5 мкм/мин. Потенциал поверхности поддерживают в области значений 1,74-2,24 В нормального водородного электрода (н. в. э) с помощью корректирующих импульсов тока величиной 0,2 А/см², которые подают от командного органа с обратной связью в тот момент, когда потенциал поверхности достигает 2,24 В н. в. э.
При включении корректирующих импульсов тока происходит смещение потенциала в катодную сторону до потенциала 1,74 В н. в. э. , в этот момент автоматически включается ток поляризации.
Величины тока поляризации и амплитуды корректирующих импульсов подбирают так, чтобы корректирующие импульсы срабатывали только в начале травления для предотвращения образования на титановом сплаве полупроводниковой окисной пленки.
П р и м е р 2. Остаточные напряжения определяют на образцах из сплава ЖС6П после упрочнения их микрошариками в течение 5 мин. Травление производят в электролите следующего состава, мас. % : HF 2,4 H₂SO₄ 21,5 NHO₃ 7,2 H₂O Остальное
Травление ведут в амперостатическом режиме при плотности тока 0,56 А/см². Скорость травления составляет 14 мкм/мин. Потенциал поверхности поддерживают с помощью корректирующих импульсов тока величиной 0,7 А/см². Потенциал травления составляет +1,95 В н. в. э. Область значений потенциалов задают 1,8-2,1 В н. в. э. Поверхность после травления ровная, без растравливания.
П р и м е р 3. Остаточные напряжения определяют на образцах из сплава ЖС6КП после полирования. Травление проводят в электролите следующего состава, мас. % : HF 1,2 H₂SO₄ 21,6 HNO₃ 7,2 H₃O Остальное
Травление ведут в амперостатическом режиме при плотности тока 0,26 А/см², скорость травления составляет 7 мкм/мин. Потенциал поверхности поддерживают с помощью корректирующих импульсов тока величиной 0,5 А/см². Потенциал стабильного травления составляет 2 В н. в. э. Область значений потенциалов задают 1,8-2,2 В н. в. э. В результате травления получена ровная поверхность без растравливания границ зерен.
Применение предлагаемого способа и устройства обеспечивает стабильность скорости травления, повышение точности определения остаточных напряжений и производительности процесса контроля. (56) Рахмарова М. С. и Мирер Я. Г. Влияние технологических факторов на надежность лопаток газовых турбин. М. : Машиностроение, 1966, с. 201-204.
Технологическое остаточное напряжение/Под ред. А. В. Подзея. М. : Машиностроение, 1973, с. 146-150.