Способ определения сравнительных физико-механических характеристик материалов

)3 0 01 й 19 ЕТЕЛЬСТ СКОМУ К А ГОСУДАР СТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗС) 1(71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР и Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Э,В.Рыжов, В.В.Запорожец, В.В.Варюхно, С.А.Клименко, Ю,А.Муковоз и Г,И,Рудник (56) Трение и износ, т. 1, 1980, М 4, с. 602 - 609, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к области испытаний материалов и может быть использовано при деформационно-спектральном Изобретение относится к области испытания материалов и может быть использовано при деформационно-спектральном методе микромеханических испытаний.Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ определения сравнительных физико-механических характеристик различных материалов, заключающийся в том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора. по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов.Недостатком известного способа является низкая точность сравнительных физико-механических характеристик исследуемых материалов, Это связано с тем, что определение механических свойств различных материалов велось при постоянной методе микромеханическихсследований. Целью изобретения является повышение точности. Сущность изобретения заключается в том, чго перемещаюг по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора, по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, при этом нагрузку на индентор для каждого материала определяют иэ условия равенства между собой площадей контакта индентора с исследуемым материалом. нагрузке на индентор, При этом внедрение индентора в более пластичный материал будет осуществляться на большую глубину, чем в более твердый. Поэтому при сканировании исследуемой поверхности такие показатели, как максимальное значение энергетической спектральной плотности распределения силы контактного взаимодействия (Ямаков) и срединная часгота спектра (асср) будут приближаться или даже превышать значения, полученные на более твердых материалах.Цель изобретения - повышение точности определения сравнительных характеристик исследуемых материалов.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию силы сопротивления перемещению индентора, по частотному с пект ру кото ройсудят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, согласноизобретению нагрузку на индентор для каждого материала определяют из условия равенства между собой площадей контактаиндентора с исследуемыми материалами.В способе преодоление движущимсяиндентором случайно распределенных микроскопических и субмикроскопическихбарьеров, препятствующих упругопластическим деформациям ведется для сравниваемых материалов .в одинаковыхусловиях (при равенстве между собой площадей контакта индентора с исследуемойповерхностью), что позволяет сравниватьстатистические связи между сопротивлениями локальных объемов испытываемых материалов деформированию,. создаваемомусиловым воздействием,П р и м е р. Для оценки определениясравнительных физико-механических характеристик материалов методом деформационно-спектрального анализа быливыбраны два наплавочных материалаЗХ 2 В 8 и 550 Х 44 НЗЧГСР, разработанныеИЭС им. Е,О,Патона АН УССР.Наплавленные образцы диаметром120 мм шлифовались на круглошлифовальном станке модели ЗБ 12 при следующих условиях; использовался алмазныйкруг АС 6 160/125 М 1-10-100. Чкр -"- 28 м/с;Япр = 0 5 м/мин Япоп=0,008 мм/дв.ход;Чд = 40 м/мин.При этом для известного способа перемещали по поверхности исследуемых материалов нагруженный постояннойнормальной силой 2 Н индентор (радиус 20мкм) с постоянной скоростью 0,01 мм/С иосуществляли регистрацию силы сопротивления перемещению индентора. максимальное значение спектральной плоскостиЯмакс и серединную частоту спектра 1 ср, почастотному спектру которой судили о сравнительных физико-механических характеристиках материалов,При определении прочностных и деформационных свойств материалов по предлагаемому способу исследования дляматериала 550 х 44 НЗЧГСР производилитем же индентором при той же нагрузке 2 Н,Определяли площадь контакта индентора сисследуемой поверхностью, А нагрузку наиндентор для материала ЗХ 2 В 8 определялиисходя из равенства площадей контакта сисследуемой поверхностью, которая в данном случае равнялась 1,39 Н.Для проверки результатов известного ипредлагаемого способа производили абразивное изнашивание полученных образцовв течение 80 мин. Условия изнашивания: нагрузка - 20 МПэ, скорость вращения испытываемого образца - 30 м/мин, скорость скольжения контртела - 1,8 м/мин. Изнашивание исследуемых образцов производилось в условиях сухого трения, Материалконтртела - сталь 45, Износ определяли весовым методом. Приэтом для наплавки550 Х 44 Н 34 по известному способу получены следующие результаты: Бмакс = 0,90 10 2 10. Н /Гц; 1 ср = 0,31 Гц, Износ.129 мг. По предлагаемому способу Ямакс = 0,92 10 Н /Гц;-2 21 ср = 0,26 Гц; износ 125 мг. Для наплавки ЗХ 2 В 8 по известному способу Бракс = 0,86 10 Н /Гц; 1 ср = 0,29 Гц; износ 242 мг. По 15 предлагаемому способу Бракс = 0,6910 (.( /Гц: 1 ср = 0,39 Гц; износ 244 мг,Анализ результатов показывает следующее. Для материала 550 Х 44 Н 34 ГСР значение максимальной плотности выше, а 20 значение серединной частоты спектра ни;же, чем для материала ЗХ 2 В 8, значения которых получены по предлагаемому способу.Это говорит о том, что в материале 550 Х 44 Н 34 ГСР преобладают прочные круп ные фрагменты, а в материале ЗХ 2 В 8 - прочные мелкие фрагменты, что свидетельствует о лучшей износостойкости первого мэтеоиала, Экспериментальные исследования абразивного изнашивания образцов 30 подтверждают результаты деформационноспектрального анализа: абразивный износ наплавки 550 Х 44 Н 34 ГСР ниже, чем наплавки ЗХ 2 В 8.Результаты экспериментов для выше указанных материалов, проведенных по известному способу, т.е. при постоянной нагрузке на индентор показывают, что значения максимальной спектральной плотности и серединной частоты спектра у них 40 близкие по величине. Из этого можно заключить, что материалы обладают одинаковой поверхностной прочностью, а следовательно, и одинаковой износостойкостью. Однако эксперименты по абразивному износу образцов по казывают, что износ наплавки 550 Х 44 Н 34 ГСРзначительно ниже, чем наплавки ЗХ 2 В 8. Это свидетельствует о низкой точности в определении сравнительных физико-механических характеристик, выполненных по известному 50 способу.Данные результаты подтверждают следующее. Наплавка 550 Х 44 НЗ 4 ГСР обладает большей поверхностной прочностью, чем наплавка ЗХ 2 В 7, поэтому при постоянной на груэке на индентор, последний в наплавкеЗХ 2 В 8 будет внедряться на большую глубину. Следовательно, учитывая во втором случае большую площадь контакта для материала ЗХ 288 при преодолении случайно распределенных микроскопических и1758521 субмикроскопических барьеров, препятствующих упруго-пластическим деформациям, будет затрачиваться и большая энергия на их преодоление, значения которой будут равняться или даже превышать значения для материала с большей поверхностной прочностью, в котором индентор при одинаковой нагрузке будет внедряться на меньшую глубину. стик различных материалов примерно на 40-50 6формула изобретения Способ определения сравнительных 5 физико-механических характеристик материалов, заключающийся а том, что перемещают по поверхности исследуемых материалов нагруженный нормальной силой индентор и осуществляют регистрацию 10 силы сопротивления перемещению индентора, по частотному спектру которой судят о сравнительных физико-механических характеристиках материалов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, на грузку на индентор для каждого материалаопределяют из условия равенства между собой площадей контакта индентора с исследуемыми материалами. Следствием реализации предлагаемого технического решения является повышение срока службы реальных деталей, так как для конкретных условий эксплуатации можно, путем сравнительного анализа, подобрать материалы с требуемой поверхностной прочностью. Повышается точность сравнительных физико-механических характериСоставитель С. КлименкоРедактор Л.Пчолинская Техред М,Моргентал Корректор А,Козориз Прои зволст вен но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2995 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5