Способ подготовки образца при определении трещиностойкости хрупких материалов

О П И С А Н И Е в 0480 вИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУвв девам изобретений и открытийДата опубликования описания 17.03.83 отпрыск. Романе Ордена Трудового Красного Знамени инсхцт материалов АН Украинской(71) Заявите СОБ ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ сокие значения механических св малые размеры образцов сверхт материалов создают значнтельнь ности при внесении исходного и разрушении - трещины в исследу образец для корректного опреде щиностойкости материала,ств и ер е труднициатора емый ения трекой Изобретение относится к исследованию механических свойств материалов, а именно к определению трещиностойкооти сверхтвердых материалов.Интенсивное развитие современной техники привело к разработке нового класса инструментальных материаловполикристаллические сверхтвердые материалы, а это в свою очередь создало необходимость исследования их физико- механических свойств с целью определения их качества. Наиболее приемлемой для этого механической характеристиявляется трещиностойкость, определению которой в настоящее время удьляется большое внимание, Характерными особенностями попик ристаллических сверх- твердых материалов (ПСТМ) являются малые размеры заготовок, находящиеся в интервале от сотен микрон до нескольких миллиметров, что не позволяет использовать для определения трещиностойкости этих материалов традиционные схемы нагружения и формы образцов, ВыИзвестен способ подготовки образца при определении трещиностойкости крупких инструментальных материалов, закпачающийся в том, что на испытуемый образец наносится дефект в виде надреза. Затем образец с надрезом подвергается усталостному нагружению с целью получения усталостной трещины в вершине надреза. Данный способ применяется для определения трещиностойкости хрупкихматериалов типа твердых сплавов и ком позиционных материалов на их основе (твердый сплав с включениями алмаза), получаемых путем спекания и позволяющих изготавливать образцы достаточных размеров, например, в данном слу,:;:, гэ;,11 ЦЭ: - , 1 ЭЛ и 11;11 ЫХ В Э 1 цгра Гах ВЫ. ОКОГЭ; и:Е 1 ИЯ ПУГЕ 1 РЯ 1 ЭГО фаЗОВ 01 Э переход 1 1 зи высоих дГв 1 ец;ЯУ (7 Гкб 111)ЕК 11 ра р ( (; Г 1 ( , ИарО 1 р ГраП 11. - ,а В Г;ЛггР 1 ога 1.:;1 ЧЕСК 1 й гаЛМаэ., ТБК КОК 1 разме 1 ь рабочей зэ 1 ц РГаратазы соко " ДаВЛЕЦИЯ .,1 аЛЯ И СПЕгЭВатои РаЗКЕРЗЧГЭЭВКЦ ГакгКЕ Мап И 1 ОСЦСТОВПЯЕТ Со-Ой Г. .1 Г 1 С раэ 181 ЭЖИ дцагЕтг - ,1 КП 1 гицСота .=, 1 ММ 11 гц; 1 ц,";., 10 г", - , г; гот 1 Ч;РИГ аЛ 1- 11 Е. Кцг" СВ - "твецдье ма".еииаль Обладаю цозьшеццой хрупкостьс Тэ делает цеззкожых по 3 УЕ ЦЦ 8 ъ С Т Л ЭС Г ЦЫ Х т РЕ г И и11 звестсц ;цэг:э 1 пэдэГэвки образца., ,К 1 р 1 ц1 ., : Г 01)10 О р и ГЫ к-пстГ 11 ч 11 гСкГ 1 згх "1-гдые мптеригты рчи 01 - орц ;1 1 гг 1 рг,1 ггпак эг ТИх Оп,.г- 1 аГС.Е , РП 1 Г 070 Гг 1 ОЧНОВЯЗВг="Эг": еоиа 101 Эбраз:--я почучаю"Гг-Г,1 Э.Г, г,;1;Г . - .Г 1 Р с -Т,г;. ГПЛОВГйО"3 Г 111 в кэисестэе. Обеспечиваюцемгпчьй гЭзэ 11 ьйпг э-,-, ц аер 11 ала об 18 О. 411 зГГ с; цо, чтэ при тепловом воздей.тии ш полцкристаци 1 еские сверхтвердяс мате 1 палы, 1 апрэ,ер поликристалли кий а;пз, происходит обратый фазови перехэд амаза в графит. Графит яв тетс 1 мэЭпрэ цьп 1 хрупки материалом ПО сравненпо с алмзом и пээтэму мотке г б 1 Т, исползовац в качестве хруп.ЭГО 1.ЛЭЯ,Д;я опреде;ения кэ 1 Г 1 ества эцергии цеэбхэдимой для полуения хрупкого прочно связанного слоя ца ПО 11 криста;ц 1 ических спзерх: веодых материалх сходБ из ГРИТГЧЕ.Х,11 ТЕМПЕРатУРЫ, ПРИ КЭтОРОй роисхэдиГ обратный фазовый переход ;,.;: Гэлаа образца в хруцкий слой, начэмзр и цпикристалла а;паза в графит,,з Гзс 11 э чтэ температура графитиза:ц амаз 1 ца воздухе составляет Т61" . гГ 1 Г Г 1 СЧ-цаЕ ЕСЛИ В КаЧЕСт 1,:Л Ого 1 СОгЦжа тЕПЛОВОй ЭНЕРГИИрцэе з 1 учение цеобЭГ 1," ЛИЧОВС,1 ЕЭГ 1 11 аССЧИТЫВаьГ .я ";ггег 1г.;аз э,;1Кгце 1стационарная температура в ценТРЕ ЯТ Па 1 а ГРЕР 1 ДЯ ЦЕПОДВИХ:цэг истэчцка ( 1кз);ЦЛЭ 1 эс ШЭГ 1",1 Уис " гЯэ 1 ффициецта эгэщеП;1; ДиаЕТЗ СВГоп.эгЗ Пятнао тстц ОГровэдцость ма терала,т С - 0611 ей 1 оток мэшцэсти лазе 1 зного(ДЛ ПгэИКР.от аЛЛИЧ .С; ЦХ г ВЕРХТВЕРД; Хмте 1:алов Л=,7), Л моЦ 1 эсть источГпп 1 1 окльной теплово 1 эцер 1 иив данОМ СЛУЧаЕ Ла;1 ЕРа, ЭцгЕДЕЛЯЕТСЯ ПО фо где -, = цс 1 адь светового пятна П еэтекс изо рахкена схема нагру- :.81 .ц Эбоп 11 а пзи эпределении тревдином. ", й 1; Г 1,и 0 Гик 1 зистаглических сверхтвер Г;Ь ы,Е ГП а 11 г ВГбразецв форе диска с централь:п.о 1 адрезом 2, по контуру которогоэо; асуется хруцкий прочно сжзанный слой .;3 и 1.-.: аэы рит Рл ПО а груж ают радначьцымСИГЕМ, РаВЦЫМ 0,2-0,3 Р Р, В РЕЗУЛЬ- тате чего в вериицах надреза появляюттрелицы 4, которые Ггроходят через :;.111 ГГхий слой и Останавливаются в мате1004 5риале образца, После измерения длин трещин образец разрушают с регистрацией критической нагрузки. Появление трещин в вершинах надреза обусловлено тем, что максимальная концентрация напряжений при диаметральном сжатии диска с трещиной, расположенной по линии действия нагрузки, возникает именно в вершинах трещины,При использовании другой формы об разца, например, типа балочки, необходимость в изготовлении предварительного надреза отпадает, В этом случае на поверхность образца воздействуют локаль ным источником тепловой энергии и по лучают на его поверхности полоску хрупкого прочносвязанного слоя и с помощью предварительного нагружения - трещину.П р и м е р. Образец из поликристаллического сверхтвердого материала мар ки фТексанит-Р в форме диска диаметром 4,5 мм и толщиной 1,2 мм подвергают воздействию лазерного излучения на лазерной установке непрерывного действия на СО "Квинтет мощностьюя.150 Вт. Лазерное излучение фокусируется на образец с помощью линзы из КС с фокусным расстоянием Р = 100 мм в пятно диаметром, равным 0,2 мм, При этом необходимая мощность лазерного излучения для получения хрупкого прочно Гексанит - Р Гексанит - Р Гексанит - Р Гекса нит - Р 4,29 3,96 603 1,626 1615 1,672 2,103 4,42 4,501 данный способ оценки качества ПСТМ принят за базовый объект), предлагаемый способ позволяет определять конкретную характеристику качества ПСТМ -. трещиностойкость; снизить затраты на натурные испытания поликристаллических сверхтвердых материалов. Например, замена испытаний только одного поликристаллического сверхтвердого материала фТексанитР на стойкость в процессе резания закаленных сталей на испытание заготовки режущего элемента с целью определения 55трещиностойкостиэтого материала дает экономический эффект около1 ОФЭ руб. на партию (1000 шт,) резцов,Предлагаемый способ подготовки образца по сравнению с прототипом позволяет определять корректные значения трещино тойкос и (К ) на образцах из поликристаллических сверхтвердых мат риалов, например, лопикристаллических алмазов и поликристаллов на основе нитрида бора.Способ подготовки образца при определении трешиностойкости поликристалля ческих материалов позволяет в конечном итоге определять качество материала.Учитывая, что в настоящее время качество поликристаллических сверхтвердых материалов определяется по результатам испытаний в процессе резания; 806 6связанного с материалом образца слоя равна 90 Вт, Она рассчитывается по фоРмуле (3) исходя из того, что температура начала обратного фазового пере хода для этого материала на основе нитрида бора оавна 1200 ОС,Для определения количества энергии для получения хрупкого слоя на других сверхтвердых материалах необходимо знать температуры их обратного фазового перехода. После получения хрупкого слоя, прикладывая к образцу нагрузку порядка 220+ 250 Нполучают трещины длиной не менее 0,05+0,1 мм. Нагружение производят на модернизированной испытательной установке ИМАШ 20-75 с регистрацией длины трещины с помощью микроскопа МВТ, позволяющего наблюдать за поведением образца в процессе нагружения. После измерения длины трешины образец нагружают до разрушения с регистрмией критической нагрузки,Резупьт;ты определения трещиностойкости К, ) для образцов из фТексанита- Р с трещиной, полученной в результате разрушения хрупкого прочно связанного с материалом образца слоя в вершине надреза, приведены в таблице.10 Формула изобретения Способ подготовки образца при определении трещиностойкости хрупких материалов, включающий нанесение на образец хрупкого прочно связанного с материалом образца слоя и получение трещины путем приложения к образцу нагрузки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью определения трещиностойкости сверхтвердых материалов, нанесение хрупкого прочно связанного с материалом образца слоя производят путем 04 ЙМ 8локального вздйви лловой енергии в количестве, обеспечивающем обратный фазовый переход материала образца в создаваемый хрупкий слой,5 Источники информации,принятые во внимание при акспертизе1. Коноваленко Н.К, и др, Методикаопределения трешиностойкости сверхтвердых материалов пои высоких температурах. "Сверхтвердые материалы,1980, М 5, с, 29-34.2. Авторское свидетельство СССРЗаказ 1869/52 Тираж 871 Подписное 111 П 1 И 1 Ы Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11 903;., Мосхва, Ж-сЗ,"., Раушская наб.) д, 4/ ) Филиал 11 ПП Патент", г. Ужгород, ул. Г 1 роектная, 4