Способ определения однородности физико-механических свойств материалов

(51)5 6 01 й ЕТЕНИ аниюалов,ости. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им.60-летия СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1295293, кл. 6 01 й 3/46, 1983.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОДНОРОДНОСТИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХСВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к исследовфизико-механических свойств материа именно к определению их однородн Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств материалов, . а именно к определению их однородности.Целью предлагаемого изобретения является повышение информативности.На чертеже представлены: трибограммы поверхностного слоя образцов из сплава ВТЗ(фиг.1- нагрузка на индентр Р 1=50 сН; фиг,2 - Р 2=150 сН; фиг,3 - Рз=250 сН); графики спектральных плотностей при тех же , нагрузках сканирования (фиг.4, 5, 6).Предлагаемый способ реализован следующим образом. В качестве объекта исследования были выбраны образцы из сплава ВТЗ, применяемого в авиадвигателестроении, Было установлено, что при сканировании образцов иэ этого сплава алмазным индентором в виде пирамиды существенное влияние на результаты оказывали адгезионнце явления (налипания матьриала на индентор, вырцвц вдоль следа сканирования). С целью исключения этого явления индена исследуеиндентором мированной твия проиэанирований нормальныиз условия рхности, по него сканивого, оценити, судят о и (фрагмен- ническими Способ заключается в том, что н мую поверхность воздействуют в виде тела качения под нор нормальной нагрузкой, воздейс водят в виде повторяющихся ск под ступенчато возрастающими ми нагрузками, нормированными упругого деформирования пове спектральной плотности послед рования с учетом результатов пер вающего влияние шероховатос наличии равнопрочных областе тов) с одинаковыми физико-мех свойствами. 7 ил. тор был выполнен в виде катящегося ролика,диаметром 1,9 мм и шириной 0,3 мм из ру- й бина, что позволило исключить адгезионные явления (адгезия при качении существенно ниже по сравнению со скольжением), локализовать деформации в иссле- СО дуемом материале .(благодаря малым С) размерам роликам) и практически исключить их для индентора (твердость индентора значительно выше твердости исследуемого материала, достигает 9 баллов по мине ралогической шкале, уступает лишь твердости алмаза).Первое сканирование эталонного образца производилй при минимальной нагрузке Р 1=50 сН, исходя иэ чувствительности экспериментальной установки.Формируемая в результате качения индентора.по поверхности тангенциальная и (или) нормальная составляющие силы контактного взаимодействия преобразовыва-ются, например, с помощью механотронныхпреоСразователей, в электрические сигналы, Усиленные прецизионным усилителем сигналы преобразуются, например, посредством измерительной системы типа 484/2 в машинные коды и накапливаются в реальном масштабе времени. Реализация случайного процесса изменения тангенциальной и (или) нормальной составляющих вилы контактного взаимодействия оценивают путем коррекционно-спектрального анализа в реальном масштабе времени по разработанным программам на ЭВМ М 4030.График спектральной плотности по результатам первого сканирования (фиг,4) позволяет выделить частотный диапаэОн колебаний йндентора, связанных с влиянием шероховатости технологической обработки (0,71,1 Гц),С учетом этого производили второе сканирвоание при нагрузке Р 2=150 сН (увеличение нагрузки производится из следующих соображений:1) Эффективная ширина графика спектральной плотности должна увеличиться в связи с. влиянием структуры контролируемого материала; 2) на значение энергетической составляющей (спектральной плотности), затрачиваемой на деформирование материала; не должно оказывать влияние преодоление микрорельефа).По полученным результатам (фиг.5) оценивали влияние шероховатости на спектральную плотность и характерный размер структурных элементов материала; отмечено увеличение частотного диапазона (эффективной ширины графика спектральной плотности) от 0 до 1,1 Гц; энергетические затраты на упругое деформирование структурь 1 поверхностного слоя больше в два раза, чвм на деформирование микрорельефа. В результате принимали решение об увеличении нагрузки, в связи с значительйым влиянием микрорельефа на структуру графика спектоальной плотности при заданной дли- нЪ трассы сканирования.Третье сканированиепроиэводийи при нагрузке Рз=250 сН, График спектральной плотности (фиг.6) свидетельствует о наличии в поверхностном слое двух типов областей с различными физико.-механическими свойствами йа частотах (0,2 и 0 5 Гц соответственно),Приняв полученные трибоспектральные характеристики (математическоэ ожидание гп=1,2 сН, дисперсия 0=1,2 х 10 сН )за эталонные, при том же режиме(нагрузка,Скорость) сканировали аналогичные образцы после термомеханических воздействий,5 имитирующих отдельные эксплуатационные режимы работы материала в газотурбинном двигателе,Результаты исследований представлены на фиг,7, Как видно, огибающие графи 10 ков спектральной плотности различается поформе, что свидетельствует об изменении в .структурном состоянии материала. Соответствующие трибоспектральные характеристики представлены в таблице.15 В результате использование предлагаемого способа позволяет значительно болееинформативно оценивать однородность физико-механических свойств конструкционных материалов, оценивать их изменение в20 процессе эксплуатационных воздействий.При накоплении определенного банка данных предлагаемый способ может быть использован при диагностировании техническогосостояния деталей и узлов объектов техники,Формула изобретенияСпособ определения однородности физико-механических свойств материалов, за ключающийся в том, что приводят в контактиндентор в виде тела качения и исследуемую поверхность, воздействует на индентор нагрузкой, нормально направленной к поверхности исследуемой поверхности, пе ремещают индентор вдоль исследуемой поверхности под нагрузкой, измеряют тангенциальное усилйе трения качения индентора и определяют однородность физико-механических свойств материалов, о т л и Ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышенияинформативности, после приведения в контакт перемещают дважды индейтор вдоль исследуемой поверхности при нагрузке, соответствующей нагрузке перехода материала 45 от упругого деформирвоания к пластическому, измеряют шероховатость поверхности, оценивают спектральную плотность поверхности, второй раз перемещают индентор при нагрузке, превышающей предыдущую на грузку, оценивают влияние шероховатости нэспектральную плотность и с учетом полученных оценок определяют однородность физико-механических свойств материалов.. 7 Редакто Корректор Е. П НТ ССС аказ 1373 ВНИИПИ Го Тиражрственного комитета по изобрете 113035, Москва, Ж, Раушск Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 й 8 РГ 4 ЮЮ ЮЮ Рр / ф 4 ы