Способ определения физико-механических характеристик материала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО)ИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 5)5 С 01 М 3/4 Б ТЕН К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВ ых материалов А Сторчак, Н,ство СССР42, 1983,ство СССРО, 1976.ство СССР2, 1970. ным ошибкал ваметров,1 зуемый устройдости, содержай элемент,нтакта индентобазирующий наэлемента удален с образцом точонтакта инденоэл 1 ожно, чтоультаты измереия физико- оверхностсновных тнои диа убина и Известен спасо механических харак алов, включающий испытуемый матер грузкой и разгрузку ода в значичного устаб определения теристик слоев внедрение инд иал, выдержку при одновреме физико л 1 этери ентора с нтора в под на 1 ной 1 РЕ 1 ть этот моевозможно,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И(56) Авторское свидетельМг 1111065, кл. 6 01 М 3/Авторское свидетельК. 638873, кл, С 01 ч 3/4Авторское свидетельч. 373581, кл. 0 01 М 3/4 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИК МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТ ИАЛА Изобретение относится к исследованию характеристик материалов путел 1 внедрения индентора в образец и может быть использовано для определения физико-механических характеристик поверхностных слоев материалов. Известен метод определен механических характеристик и ных слоев материалов микротвердости с регистрацие параметров в виде двухкоордин раммы вдавливания нагрузкагружения индентора,Однако точность такого мет тельной степени зависит от то новления момента контакта и испытуемым образцом. Установ мент при реализации способа н(57) Изобретение относится к исследованию свойств матеоиалов, предназначено для определения физико-механических характеристик поверхностных слоев материалов и позволяет расширить эксплуатационные возл 1 ожности, Перед испытаниями на поверхность материала наносят слой другого материала, твердость которого не л 1 енее чем на порядок отлична от твердости испытуемого материала, а толщина больше высоты профиля микрогеол 1 етрии испытуемого материала, внедряют индентор в л 1 атериал на глубину, большую толщины нанесенного слоя, производят выдеркку и разгрузку с ПОСЛЕДУЮЩИМ ОПРЕДЕЛЕНиЕЛ ИСКОЛ 1 ЫХ фИ- зико-механических характеристик по диаграмме, построенной в координатах усилие - глубина внедрения, начало которой совмещают с точкой перегиба. 2 ил. что приводит к существен значениях измеряемых парИзвестен способ, реал ством для измерения твер щим чувствительнь регистрирующий момент к ра с поверхностью образцОднако ввиду того, что конечник чувствительнОго он зоны контакта индентор ное определение момента тора с образцом нев значительно искажает рез ний, 1705725гистрации усилия и глубины внедрения ин -дентора на протяжении полного цикла испытаний с последуощим определениемискомых физико-механических характеристик по диаграмме, пос 1 роенной в координатах усилие-глубина внедрения, При этом,чувствительность измерительной схемыприбора по каналу усилие" в первоначальный момент касания индснторэ с образцамувеличена, э затем изменяется нэ заранеевыбранный диапазон.Однако для фиксации момента контакта индентора с образцом по такому способунеобходимо значительно увеличить чувствительность измеритсльного тракта, что существенно уменьшает производительностьпроцесса измерений. Кроме того, такой способ не позволяет производить измеренияпри малых нагрузках и глубинах внедренияда 0,5 мкм, что необходимо при исследовании поверхностных слоев материалов,Цель изобретения - расширение эксплуатациснных возможностей процесса определения физико-меха ничесиххарактеристик материала за счет воэможности определения харатеристик материаловпри малых нагрузках,Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу определения физика механических характеристик материалов,включающему внедрение инденторэ в испытуемый материал, выдержку его под нагрузкой, разгружение при одновременнойрегистрации нагрузки и глубины внедренияиндентора и построение диаграммы в координатах усилие - глубина внедрения, с учетом координат которой определяютфизико-механические характеристики материала, перед внедрение индснторэ наносят на поверхность испытуемого материаласлой материала, твердосгь которого не улснее чем на порядок отличается от твердостииспытуемого материала, а толщины большевысоты прВфиля гликрогеометрии испытуемого материала, внедряот индентор на глубину, большую толщины слоя, получаютточку перегиба на диаграмме, которую принимают за начало отсчета.На фиг, 1 приведен фрагмент внедрения индентора в испытуемый материал через нанесенный слой материала; на фиг. 2 -пример диаграммы полного цикла испытаний.Способ осуществляется следующим образом,На поверхность образца 1 методом, например, вакуумного напыления наносятслой материала 2, твердость которого неменее чем на порядок отличается от твердости испытуемого материала, а толщина больше высоты микропрофиля поверхностиообразца В пах. Затем в образец внедряютиндентор 3 под нагрузкой, производят выдержку и разгрузку при одновременной ре 5 гистрэции усилия и глубины внедренияиндентора 3 на протяжении полного циклаиспытаний. Внедрение индентора производят на глубину, большую толщины нанесенного слоя, и точку перегиба на ветви10 нагружения, характеризующую прохождение индентором границы нанесенного слояи поверхности образца, принимают за начало отсчета (начапо координат), Искомые физико-механические характеристики15 материала определяются по плащадял характерных участов диаграммы испытаний,построенной г, координатах усилие-глубинавнедрения,П р и м е р 1, При реализации способа в20 качестве образцов для проведения испытаний испольэовали заготовки из техническоймеди оазмерогл 50 20 10 твердостью 46х 10 Н/м . На поверхность образца 1 метогдам вакуумного напыления наносили слой 225 кварца твердостью 720 ф 10 Н/м,толщиной 8 мкм (К"П 1). Поверхность образцовиспытуемого материала (меди) перед нанесением на них кварца шлифовали и полировали, при этом высота микропрофипя30 поверхности образцов составляла б мкм(Г 1-,.), Б образец на глубину 12 мкм внедряли индентор 3 и по регистрируемому усилию строили диаграмму испытаний (фиг. 2).35 На участке нагрукения диаграммы в моментконтакта индентора с испытуемыгл материалом возникает перегиб в точке 02, характеризующий переход индентара из болеетвердого (в данном случае) в более лягкий40 материал. Для определения физико-механических характеристик начало участка нэгружения располагали в точке 02 перегиба и поплощадям характерных участков диаграммы находили искомые характеристики как45 отношение площади участка к общей площади диаграммы,П р и м е р 2, Условия испытаний те же,что и в примере 1. Измерения производилина образцах размером 30 2010 из эака 50 ленной стали 40 Х твердостью 87010Н/м . На поверхность образцов наносилигслой меди толщиной 8 мкм твердостью 5 бф10 Н/м (в данном примере твердость мате 2риала образца более чем на порядок больше55 твердости латериала наносимого слоя). Вэтом случас индентор внедряли на величину10 мкм первоначально в более мягкий материал (участок ветви негрукения диаграммыиспытания пологий) и при переходе в болеетвердый материал испытуемого образца(участок ветви нагружения более крутой) научастке нагружения диаграммы возникаетточка перегиба 02, принимаемая за началоотсчета,Приведенные примеры демонстрируют,что в зависимости от твердости испытуемого материала необходимо для нанесения покрытия использовать материал, твердостькоторого отличается от твердости материала образца.В указанных примерах величина внедрения индентора не превышала 4 мкм. Такие малые глубины внедрения виспытуемый образец позволяют исследовать поверхностные слои материала, что существенно расширяет технологические 15возможности способа определения физикомеханических характеристик материалов,Формула изобретенияСпособ определения физико-механических характеристик материала, заключаю щийся в том, что внедряют индентор в испытуемый материал, выдерживают его под нагрузкой, разгружают его, одновременно регистрируют нагрузку и глубину внедрения индентора и строят диаграмму в координатах усилие - глубина внедрения, с учетом координат которой определяют физико-механические характеристики материала, о т ли ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, перед внедрением индентора наносят на поверхность испытуемого материала слой материала, твердость которого не менее чем на порядок отлична от твердости испытуемого материала, а толщина больше высоты профиля микрогеометрии испытуемого материала, внедряют индентор на глубину, большую толщины слоя, получают точку перегиба на диаграмме, которую принимают за начало отсчета.1705725 ЮЮИ Л Редактор М.Стрельников роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Га каз 189, ВНИИПИ Гос недрений цн Составитель П,КолобаевТехред М,Моргентал Корректор М.Кучеря Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва,Ж, Раушская наб., 4/5