×
10.05.2018
218.016.3a2f

Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения характеристики трещиностойкости материалов

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области измерений, в частности к исследованию характеристики трещиностойкости деталей и конструкций, и направлено на повышение производительности, информативности способа и расширение его области применения. Сущность: осуществляют вдавливание в поверхность испытуемого материала алмазной четырехгранной пирамиды с последующей полной разгрузкой, в процессе испытания непрерывно регистрируют диаграмму вдавливания в координатах «нагрузка - глубина отпечатка», а затем по первому перелому на линии нагружения диаграммы вдавливания измеряют нагрузку F и соответствующую ей глубину отпечатка t, по которым рассчитывают удельную работу упругопластической деформации ω, необходимую для образования первой трещины, как: где - абсолютная работа упругопластической деформации при достижении F и t, - упругопластический объем отпечатка глубиной t. Технический результат: повышение производительности, информативности способа и расширение его области применения. 1 ил.

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для исследования механических характеристик материалов, в частности характеристики трещиностойкости деталей и конструкций.

Известен способ определения трещиностойкости материалов (Evans A.G., Charles Е.А. Fracture toughness determinations by indentation // Journal of American ceramics society. 1976. Vol. 58. Issue 7-8. pp. 371-372), согласно которому в поверхность испытуемого материала вдавливают пирамиду с усилием F до образования отпечатка с развивающейся из него радиальной трещиной, после чего снимают нагрузку и с помощью микроскопа измеряют диагональ отпечатка 2а и длину трещины с, по которым рассчитывают твердость Н и параметр трещиностойкости K, как

Недостатками настоящего способа является ограниченная область применения и низкая информативность, т.к. он применим только для радиальных трещин, исходящих из вершин отпечатка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения характеристики трещиностойкости материалов (авторское свидетельство СССР №1188578, опубл. 30.10.1985, МПК G01N 3/40), согласно которому в поверхность испытуемого материала вдавливают с усилием F алмазную четырехгранную пирамиду до образования отпечатка с развивающейся из него трещиной, измеряют после разгрузки размер отпечатка и длину трещины, после чего прикладывают нагрузку Fкр>F, обеспечивающую страгивание трещины, и снова измеряют после разгрузки размер отпечатка и длину трещины, с учетом которых рассчитывают параметр трещиностойкости K.

Недостатками данного технического решения являются ограниченная область применения, т.к. он применим только для радиальных трещин, исходящих из вершин отпечатка и полудисковых трещин, сложность определения нагрузки Fкр, соответствующей страгиванию трещины, низкая производительность испытаний, а также низкая информативность вследствие определения только сопротивления распространению имеющейся трещины.

Технической задачей изобретения является возможность определения сопротивления образованию первой трещины независимо от ее вида при однократном вдавливании индентора.

Технический результат заключается в повышении производительности, информативности способа и расширении его области применения.

Это достигается тем, что в известном способе определения характеристики трещиностойкости материала, включающем вдавливание в поверхность испытуемого материала алмазной четырехгранной пирамиды с последующей полной разгрузкой, в процессе испытания непрерывно регистрируют диаграмму вдавливания в координатах «нагрузка - глубина отпечатка», а затем по первому перелому на линии нагружения диаграммы вдавливания измеряют нагрузку Fc и соответствующую ей глубину отпечатка tc, по которым рассчитывают удельную работу упругопластической деформации ωс, необходимую для образования первой трещины, как:

где - абсолютная работа упругопластической деформации при достижении Fc и tc, - упругопластический объем отпечатка глубиной tc.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором в качестве примера реализации способа определения характеристики трещиностойкости материалов изображена диаграмма вдавливания алмазной четырехгранной пирамиды в покрытие из TiN толщиной 30 мкм, нанесенного на подложку из стали 45.

Реализация предлагаемого способа определения характеристики трещиностойкости материалов осуществляется следующим образом.

Испытания вдавливанием индентора в виде алмазной четырехгранной пирамиды в поверхность материала выполняют на стационарном приборе-твердомере механического действия. Индентор вдавливают с непрерывно возрастающей нагрузкой и в процессе испытания непрерывно регистрируют диаграмму вдавливания в координатах «нагрузка - глубина отпечатка». Вдавливание проводят до тех пор, пока на диаграмме вдавливания не появится перелом в виде локального спада нагрузки. Возникновение перелома на линии нагружения диаграммы при некотором значении нагрузки Fc соответствует образованию в испытуемом материале первой трещины. Зарегистрировав значения нагрузки Fc и соответствующей ей глубины отпечатка tc, рассчитывают удельную работу упругопластической деформации ωс, необходимую для образования первой трещины по формуле (3).

Экспериментально установлено, что первый перелом на диаграмме вдавливания индентора при некоторой нагрузке Fc соответствует образованию первой трещины вокруг отпечатка (Матюнин В.М., Марченков А.Ю., Волков П.В. Оперативный контроль механических свойств упрочняющих покрытий // Материалы 18-ой международной научно-практической конференции «Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика». - СПб.: Издательство Политехнического университета, 2016. - С. 186-193). Индентор в виде четырехгранной пирамиды или шара вдавливали непрерывно в поверхность испытуемого материала до некоторого заданного значения нагрузки F. Было установлено, что если останавливать нагружение при нагрузке F≥Fc, то на поверхности наблюдаются трещины, которые выявляются с помощью оптического микроскопа, а если останавливать нагружение при любой нагрузке F<Fc - то трещин на поверхности не наблюдается. Для дополнительного подтверждения момента образования первой трещины вдавливание индентора производили с регистрацией сигналов акустической эмиссии (АЭ) с использованием датчиков АЭ, установленных на испытуемом образце. Было показано, что при достижении нагрузки Fc, т.е. при появлении первого перелома на диаграмме вдавливания, возникает импульс АЭ, характеризующийся высокими амплитудой и энергией, что соответствует образованию трещины в испытуемом материале.

Удельная работа упругопластической деформации ωс является характеристикой трещиностойкости, показывающей сопротивление материала образованию первой трещины. В отличие от показателя трещиностойкости K1c, характеризующего работу, необходимую для распространения трещины в испытуемом материале, ωс характеризует работу, затрачиваемую на ее зарождение. Большинство используемых в промышленности высокотвердых и высокопрочных материалов и покрытий являются хрупкими и имеют крайне малый запас пластичности, и зарождение в них трещины может привести к внезапному хрупкому разрушению. Поэтому при выборе таких материалов необходимо знать их показатели трещиностойкости, характеризующие сопротивление образованию первой трещины. Кроме того, для ряда покрытий, обладающих определенными свойствами (например, электропроводящие покрытия, коррозионно-стойкие покрытия) нарушение их сплошности при образовании трещины может привести к потере функциональных свойств всего покрытия. Поэтому для таких покрытий важно знать именно работу, затрачиваемую на образование первой трещины.

С этой точки зрения, работа упругопластической деформации ωс, необходимая для образования первой трещины, является более ценным показателем - по значениям ωс можно сравнивать высокотвердые материалы и покрытия по их способности сопротивляться образованию первой трещины вокруг отпечатка независимо от ее вида. Чем выше ωс, тем лучше эта способность и тем более качественным является материал.

Независимо от типа образующейся в материале или покрытии трещины, ее зарождение проявляется на диаграмме вдавливания в виде локального спада (перелома) нагрузки, поэтому при реализации предлагаемого способа ωс может быть определена при образовании любого типа трещин (радиальные, круговые, бикруговые, боковые, медианные и др.).

Реализация предлагаемого способа показана на примере испытания покрытия из TiN толщиной 30 мкм, нанесенного на подложку из стали 45. На диаграмме вдавливания алмазной четырехгранной пирамиды в покрытие, представленной на чертеже, наблюдаются несколько локальных срывов нагрузки (переломов) на ветви нагружения. Как следует из диаграммы, первый перелом, соответствующий образованию первой трещины вокруг отпечатка, наступил при нагрузке Fc ≈ 6,7 Н, которой соответствует глубина отпечатка tc=7,4 мкм. Согласно формуле (3), работа упругопластической деформации ωс, необходимая для образования первой трещины на этом покрытии, составляет 7,49 Дж/мм3. Следует отметить, что, как видно из чертежа, на поверхности данного покрытия при внедрении индентора образуется круговая трещина и применение существующих способов для определения характеристик трещиностойкости для такого типа трещин является невозможным.

Использование изобретения позволяет повысить информативность способа за счет введения новой характеристики трещиностойкости - удельной работы упругопластической деформации ωс, необходимой для образования первой трещины. Определение этой характеристики возможно в рамках однократного испытания вдавливанием индентора, за счет чего достигается увеличение производительности испытаний в сравнении с существующим способом, подразумевающим как минимум два вдавливания индентора для определения характеристик трещиностойкости материала. Кроме того, предлагаемый способ имеет более широкую область применения, т.к. может быть использован на материалах и покрытиях при образовании трещин любого типа.


Способ определения характеристики трещиностойкости материалов
Способ определения характеристики трещиностойкости материалов
Способ определения характеристики трещиностойкости материалов
Способ определения характеристики трещиностойкости материалов
Способ определения характеристики трещиностойкости материалов
Способ определения характеристики трещиностойкости материалов
Способ определения характеристики трещиностойкости материалов
Способ определения характеристики трещиностойкости материалов
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 208 items.
12.01.2017
№217.015.5fa9

Способ получения монодисперсных сферических гранул

Изобретение относится к получению монодисперсных сферических гранул. Расплавляют в тигле химически активный материал, содержащий по крайней мере один металл из группы редкоземельных металлов, формируют ламинарную струю при истечении расплава через фильеру, выполненную из тугоплавкого металла,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590360
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.6697

Устройство для совершенствования технико-тактических действий

Устройство предназначено для тренировки спортсменов в ударных и универсальных единоборствах, позволяет повысить эффективность тренировок, путем совершенствования атакующих и защитных действий с использованием двух идентичных манекенов, расположенных вертикально или горизонтально, имеющих не...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592016
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.68e7

Полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике СВЧ. Полосно-пропускающий фильтр содержит прямоугольный металлический корпус 1, образованный параллельными плоскими стенками 2, запредельный для центральной частоты фильтра, n металлических стержней 3, число которых равно порядку фильтра, расположенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591743
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6da0

Пылегазомазутная топка

Заявляемая пылегазомазутная топка относится к области тепловой энергетики и может быть использована на паровых котлах, снабженных шаровыми барабанными мельницами. Она содержит экранированные вертикальную прямоугольную камеру сгорания 1 и двускатную холодную воронку 2, шлаковый комод 3, группы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597346
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.6ded

Способ телеметрического измерения и фиксации скорости транспортных средств

Способ телеметрического измерения и фиксации скорости транспортных средств относится к области измерительной техники, в частности к системам телеметрического контроля скорости транспортных средств. Способ заключается в видеонаблюдении за транспортной обстановкой на дороге с помощью видеокамеры,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597328
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.6f37

Электрохимический генератор на основе водородно-кислородных топливных элементов

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано в качестве электрохимического генератора на основе водородно-кислородных топливных элементов для резервного электропитания аварийных объектов, при этом в заявленном генераторе газообразный водород получают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597412
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.73ea

Способ контроля изменений электропроводимости внутренних слоев немагнитного металла и устройство для его осуществления

Изобретение может быть использовано при контроле электропроводимости и коррелирующего с ней значения температуры внутренних слоев листа, например, из рафинированной меди - медной рубашки кристаллизатора путем измерения электропроводимости внутренних слоев меди. Согласно изобретению способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597960
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.8591

Способ эксплуатации бифункциональной электрохимической системы и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу эксплуатации бифункциональной электрохимической системы, содержащей анодную и катодную электродные камеры с четырехходовыми клапанами на входе и выходе из электродных камер, резервуар-сепаратор с водой, соединенный с анодной и катодной камерами и с контейнерами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603142
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.89ae

Способ интенсификации теплообмена в конденсаторе паротурбинной установки

Изобретение относится к энергетике. При эксплуатации паротурбинной установки, характеризующейся чередующимися режимами работы и простоя, в период простоя конденсатор с межтрубным и внутритрубным пространствами и очищенными от отложений латунными трубками отключают от системы оборотного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602653
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.8afd

Способ управления теплосиловой установкой и устройство для его реализации

Предлагаемый способ управления теплосиловой установкой относится к области электроэнергетики и может быть использован на атомных электрических станциях (АЭС). Технический результат заключается в высокой маневренности установки при ее упрощении в целом и, как следствие, сокращение сроков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604095
Дата охранного документа: 10.12.2016
Showing 1-3 of 3 items.
25.08.2017
№217.015.af17

Способ определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для исследования механических характеристик материалов деталей и конструкций. Сущность: осуществляют вдавливание индентора в деформированный материал изделия под нагрузкой F, проводят дополнительно второе вдавливание в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610936
Дата охранного документа: 17.02.2017
01.09.2018
№218.016.81ae

Способ определения температуры стеклования

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для исследования теплофизических характеристик электроизоляционных материалов. Согласно предложенному способу определения температуры стеклования проводят серии испытаний вдавливанием индентора в поверхность испытуемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665500
Дата охранного документа: 30.08.2018
21.05.2023
№223.018.6949

Способ определения начала пластического деформирования материала подложки при вдавливании индентора в защитный слой покрытия

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: осуществляют мониторинг повышения активности акустической эмиссии, возникающей в процессе внедрения индентора в защитное покрытие. Для определения начала перехода материала подложки от упругого к упругопластическому деформированию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794947
Дата охранного документа: 26.04.2023
+ добавить свой РИД