RU2475719C1 - Способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов - Google Patents
Способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475719C1 RU2475719C1 RU2011128559/28A RU2011128559A RU2475719C1 RU 2475719 C1 RU2475719 C1 RU 2475719C1 RU 2011128559/28 A RU2011128559/28 A RU 2011128559/28A RU 2011128559 A RU2011128559 A RU 2011128559A RU 2475719 C1 RU2475719 C1 RU 2475719C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- depth
- indenter
- deformed
- sample
- boundary
- Prior art date
Links
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000011343 solid material Substances 0.000 title claims description 10
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title abstract 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title 1
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 58
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000005480 shot peening Methods 0.000 description 2
- TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 6-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-7-one Chemical compound C1C2C(=O)OC1C=CC2 TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспресс-определения физико-механических свойств твердых материалов, в частности для оценки степени упрочнения поверхностного слоя деталей после защитно-упрочняющей обработки. Сущность: осуществляют приготовление шлифа в зоне внедрения индентора, внедрение индентора в испытуемый образец и определение глубины отпечатка. Шлиф приготавливают на торце испытуемого образца, поверхность шлифа выполняют перпендикулярной к испытуемой поверхности образца. Используют индентор в виде ножа, имеющего лезвие с сечением в виде равнобедренного треугольника, который вводят в испытуемый образец по нормали к его испытуемой поверхности на глубину ho, превышающую глубину упрочненного слоя hyn, создавая при внедрении индентора по обе стороны от его отпечатка зоны пластической деформации. При введении индентора, линию, образованную его лезвием, ориентируют перпендикулярно поверхности шлифа, а на шлифе определяют: точку О максимальной глубины ho отпечатка индентора, оставленную лезвием индентора, точку В границы зон деформированного и недеформированного материала на поверхности испытуемого образца и точку А края отпечатка индентора на поверхности испытуемого образца. Определяют границу зон деформированного и недеформированного материала, а затем определяют угол общей зоны деформации βобщ=∟АОВ. На шлифе по месту преломления границы зон деформированного и недеформированного материала определяют точку B1 перехода от деформированной зоны основного материала к деформированной зоне упрочненного поверхностного слоя, соединяют точку О и B1 прямой и определяют угол деформации основного материала βосн=∟AOB1 и по соотношению углов βобщ и βосн судят о степени упрочнения поверхностного слоя εβ, применяя формулу: εβ=βобщ/βосн. Технический результат: обеспечение оперативного и достоверного определения характеристик упрочнения поверхностного слоя исследуемых материалов. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспресс-определения физико-механических свойств твердых материалов, в частности для оценки степени упрочнения поверхностного слоя деталей после защитно-упрочняющей обработки.
Известно, что пластическая деформация материала поверхностного слоя детали после различных видов размерной или упрочняющей обработки характеризуется изменением степени пластической деформации по глубине поверхностного слоя. Упрочнение поверхностного слоя оценивают определяя по глубину и степень наклепа, а интенсивность наклепа - по глубине поверхностного слоя - градиентом наклепа. При этом, основным способом определения механических характеристик поверхностного слоя является измерение микротвердости (например, с использованием индентора в виде алмазной пирамидки). Исследование степени упрочнения по глубине поверхностного слоя оценивается на практике измерением микротвердости на микрошлифе, выполненном в виде косого среза под углом 0°30'-2° [Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. T.1. / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.КМещерякова - 4-е изд. переработанное и дополн. - М.: Машиностроение, 1986. 656 с. (стр.100)].
Известен способ определения физико-механических свойств поверхности твердых материалов, при котором испытуемый материал нагружают с заданной скоростью посредством сферического индентора, измеряют диаметр и глубину остаточного отпечатка на поверхности испытуемого материала, по которым судят о свойствах материала (см. патент РФ №2141638, кл. G01N 3/48, опубл. 1999).
Известен также способ определения механических характеристик поверхности материалов, включающий внедрение индентора в исследуемый материал, регистрацию кинематических характеристик ударного вдавливания и определение механических характеристик материала. При этом расчет механических характеристик производится с учетом ориентации материала относительно индентора и энергии пластического деформирования (см. патент РФ №2145071, кл. G01N 3/42, опубл. 2000).
Известен способ определения физико-механических свойств поверхности твердых материалов, преимущественно металлов, заключающийся в том, что в испытуемый материал внедряют индентор, измеряют диаметр и глубину остаточного отпечатка исследуемой точки на поверхности испытуемого материала и определяют физико-механические свойства (см. патент РФ №2080581, кл. G01N 3/48, опубл. 1997).
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов, преимущественно металлов, включающий приготовление шлифа, внедрение индентора в испытуемый образец и определение глубины отпечатка [Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. T.1. / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.КМещерякова - 4-е изд. перераб. и дополн. - М.: Машиностроение, 1986. 656 с. (стр.110-111)].
Недостатком указанных способов является значительная трудоемкость оценки характеристик упрочненного поверхностного слоя, поскольку это связано с приготовлением наклонного шлифа и пошаговым измерением микротвердости по глубине поверхностного слоя по поверхности шлифа. Кроме того, известный способ ограничен функциональными возможностями оценки параметров поверхностного слоя, дает усредненные значения характеристик упрочнекния по слоям, поскольку индентор, внедряясь в материал, охватывает сразу несколько уровней поверхностного слоя. Кроме того, точечный характер внедрения индентора (в качестве которого используется алмазная пирамидка), имеет случайный характер, связанный с неоднородностью твердости испытуемого материала, что также вносит погрешность в результаты оценки свойств поверхностного слоя.
Задача данного изобретения состоит в создании способа, обеспечивающего возможность оперативного и достоверного определения характеристик упрочнения поверхностного слоя исследуемых материалов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение оперативного и достоверного определения характеристик упрочнения поверхностного слоя исследуемых материалов
Технический результат достигается тем, что в способе оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов, преимущественно металлов, включающем приготовление шлифа в зоне внедрения индентора, внедрение индентора в испытуемый образец и определение глубины отпечатка, в отличие от прототипа, шлиф приготавливают на торце испытуемого образца, поверхность шлифа выполняют перпендикулярной к испытуемой поверхности образца, причем используют индентор в виде ножа, имеющего лезвие с сечением в виде равнобедренного треугольника с углом острия либо 45°, либо 60°, либо 90°, который вводят в испытуемый образец по нормали к его испытуемой поверхности на глубину ho, превышающую глубину упрочненного слоя hуп, создавая при внедрении индентора по обе стороны от его отпечатка зоны пластической деформации, причем при введении индентора, линию, образованную его лезвием, ориентируют перпендикулярно поверхности шлифа, а на шлифе определяют: точку О максимальной глубины ho отпечатка индентора, оставленную лезвием индентора, точку В границы зон деформированного и недеформированного материала на поверхности испытуемого образца и точку А края отпечатка индентора на поверхности испытуемого образца, определяют границу зон деформированного и недеформированного материала, а затем определяют угол общей зоны деформации βобщ=∟АОВ и на шлифе по месту преломления границы зон деформированного и недеформированного материала определяют точку B1 перехода от деформированной зоны основного материала к деформированной зоне упрочненного поверхностного слоя, соединяют точку О и B1 прямой и определяют угол деформации основного материала βосн=∟AOB1 и по соотношению углов βобщ и βосн судят о степени упрочнения поверхностного слоя εβ, применяя формулу: εβ=βобщ/βосн.
Технический результат достигается тем, что в способе оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов индентор вводят на глубину ho, в два раза превышающую глубину упрочненного слоя hуп, дополнительно определяют угол градиента упрочнения βуп=∟DB1B, по величине которого судят об интенсивности изменения зоны упрочнения,
где точка D лежит на пересечении прямой OB1 с испытуемой поверхностью образца,
а о величине упрочнения i-го слоя, расположенного на глубине hi от испытуемой поверхности образца, судят по отношению значений В1iСi/AiCi или по отношению значений В1iСi/АiВ1i,
где - B1iCi расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; АiСi, - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией ОА, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiB1i, - расстояние между линией ОА и линией OB1, измеренное на поверхности торца-шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала, причем с целью увеличения достоверности оценки проводят аналогичные измерения и расчеты на поверхности торца-шлифа на симметрично расположенной относительно отпечатка зоне деформации.
Технический результат достигается тем, что в способе оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов используют индентор, имеющего лезвие с углом острия 90°, или используют индентор, имеющего лезвие с углом острия, выбираемым в диапазоне от 20° до 90°.
Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату.
Сравнение заявленного изобретения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.
Предложенный способ является промышленно применимым существующими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. он явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от наиболее близкого аналога существенными признаками, на достижение указанного технического результата.
Таким образом, данное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено. Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено: на фигуре 1 представлена схема внедрения индентора в испытуемый образец, на фигуре 2 - отпечаток от индентора на образце, на фигуре 3 - схема оценки зоны деформации.
На фигурах 1-3 обозначено: 1 - испытуемый образец; 2 - индентор (призматический нож); 3 - нормаль к поверхности испытуемого образца (ось индентора; направление внедрения индентора); 4 - поверхность шлифа (торцевая поверхность образца); 5 - исходная поверхность образца; 6 - зона пластической деформации; 7 - бугор (наплыв) зоны деформации испытуемого образца; 8 - линия, образованная лезвием индентора; 9 - граница зоны деформации; 10 - лунка на образце; α - угол острия (заточки) индентора; ho - глубина внедрения индентора; hуп - глубина упрочненного слоя; О - точка максимальной глубины ho отпечатка индентора, оставленного лезвием индентора; В - точка границы зон деформированного и недеформированного материала на поверхности испытуемого образца; А - точка края отпечатка индентора на поверхности испытуемого образца; βобщ - угол общей зоны деформации (βобщ=∟АОВ); B1 - точка перехода от деформированной зоны основного материала к деформированной зоне упрочненного поверхностного слоя; βосн - угол деформации основного материала (βосн=∟AOB1); βуп - угол градиента упрочнения (βуп=∟DB1B); B1iCi расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiCi, - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией ОА, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала; (аналогично буквами со штрихами обозначены параметры симметричной области отпечатка индентора), незакрашенной стрелкой обозначена сила, действующая на индентор.
Предлагаемый способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов, преимущественно металлов, осуществляется в следующей последовательности: вначале на торцевая поверхности испытуемого образце 1 (фиг.1) в зоне внедрения индентора 2 приготовливают шлиф 4, при этом поверхность шлифа 4 выполняют перпендикулярной к испытуемой поверхности 5 образца 1. Используют индентор 2 в виде ножа, имеющего лезвие с сечением в виде равнобедренного треугольника с углом α. Угол α выбирают из диапазона от 20° до (наиболее оптимальным углом, в общем случае является угол α=90°, однако, для частных случаев испытания материала и более глубокого изучения свойств или других целей исследования используют любой из углов в диапазоне от от 20° до 90°). Внедрение индентора 2 в испытуемый образец 1, производят по нормали 3 к его испытуемой поверхности 5 на глубину ho, превышающую глубину упрочненного слоя hуп (фиг.2 и фиг.3), создавая при внедрении индентора 2 по обе стороны от его отпечатка зоны пластической деформации 6. При введении индентора 2 линию 8 (OO1), образованную его лезвием, ориентируют перпендикулярно поверхности шлифа 4, а на шлифе 4 определяют (фиг.3): точку О максимальной глубины hо, отпечатка индентора 2, оставленную лезвием индентора 2, точку В границы зон деформированного и недеформированного материала на поверхности испытуемого образца и точку А края отпечатка индентора 2 на поверхности 5 испытуемого образца 1, определяют границу зон деформированного и недеформированного материала. Затем определяют угол общей зоны деформации βобщ=∟АОВ и на шлифе 4 по месту преломления границы зон деформированного и недеформированного материала определяют точку B1 перехода от деформированной зоны основного материала к деформированной зоне упрочненного поверхностного слоя, соединяют точку О и B1 прямой и определяют угол деформации основного материала βосн=∟AOB1 и по соотношению углов βобщ и βосн судят о степени упрочнения поверхностного слоя εβ, применяя формулу: εβ=βобщ/βосн. Для обеспечения возможности сравнения свойств основного и упрочненного частей материала образца 1 индентор 2 вводят на глубину hо, в два раза превышающую глубину упрочненного слоя hуп. При этом проявляется картина особенностей деформации упрочненных и неупрочненных участков образца.
При испытаниях также дополнительно определяют угол градиента упрочнения βуп=∟DB1B, по величине которого судят об интенсивности изменения зоны упрочнения,
где точка D лежит на пересечении прямой OB1 с испытуемой поверхностью образца.
Кроме того, для более глубокого исследования поверхностного слоя образца 1 производят оценку величины упрочнения i-го слоя, расположенного на глубине hi от испытуемой поверхности образца, о которой судят по отношению значений В1iСi/AiCi,
где - В1iСi расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материалов и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiCi, - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией ОА, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
Для повышения достоверности оценки свойств испытуемого образца проводят аналогичные измерения и расчеты на поверхности шлифа на симметрично расположенной относительно отпечатка зоне деформации.
При испытании образца 1 индентор 2 устанавливается в выбранной точке A0 поверхности испытуемого образца 1, затем с заданным усилием индентор 2 внедряется по нормали 3, параллельной продольной оси индентора на заданную глубину h0.
При внедрении индентора 2 в испытуемый образец 1 в последнем образуется отпечаток с бугром 7. При этом зона деформации в области отпечатка индентора распространяется вдоль исходной поверхности 5 неравномерно (фиг.2 и фиг.3). Более упрочненные участки поверхностного слоя материала образца 1 перемещаются вдоль поверхности 5 на большую величину, а менее упрочненные - на меньшую. При этом минимальное перемещение наблюдается у неупрочненной части (сердцевины) материала образца 1. Поэтому свойства неупрочненной части материала образца 1 (фиг.2 и фиг.3) могут быть оценены углом βосн - уголом деформации основного материала (βосн=∟AOB1). Свойства части поверхностного слоя материала образца, имеющего максимальное упрочнение, дает угол βобщ - угол общей зоны деформации (βобщ=∟АОВ). Поэтому степень упрочнения материала εβ может оцениваться как отношение этих углов: εβ=βобщ/βосн. Чем больше значение εβ, тем больше упрочнение металла поверхностного слоя. Интенсивность изменения зоны упрочнения может быть оценена величиной угола градиента упрочнения βуп=∟DB1B. Чем больше значение βуп, тем выше интенсивность изменения упрочненной зоны поверхностного слоя металла образца (обработанной детали). Более того, при необходимости степень упрочнения материала образца может быть оценена по отношению значений В1iСi/AiCi, на заданной глубине hi (фиг.2 и фиг.3). Для повышения достоверности оценки степени упрочнения поверхностного слоя материала образца проводят аналогичные измерения и расчеты на поверхности шлифа на симметрично расположенной относительно отпечатка зоне деформации (фиг.2 и фиг.3). При испытаниях образцов, в зависимости от поставленных целей и задач (контроля, испытания, исследования диапазона свойств материалов и т.д.) можно использовать либо только один вид индентора, имеющего лезвие с углом острия 90°, либо индентор, имеющий лезвие с углом острия, выбираемым в диапазоне от 20° до 90°, либо набор инденторов, имеющих с различными углами острия лезвий, выбираемыми в диапазоне от 20° до 90°.
Пример. Для оценки степени упрочнения поверхностного слоя металлических образцов с упрочненным поверхностным слоем были проведены следующие испытания. На секторах из цилиндрических образцов и плоских образцах, упрочненных по различным вариантам, приготавливались шлифы в зоне внедрения индентора, затем производили внедрение индентора в испытуемый образец, определяли глубину отпечатка и производили измерения параметров отпечатка и зоны деформации на поверхности шлифов, согласно методики, описанной в предложенном способе. Для облегчения оценки параметров отпечатка и деформированной зоны образца в результате внедрения индентора, шлиф в зоне отпечатка фотографировали и на фотографиях шлифов производили необходимые замеры. Шлиф приготавливали на торце испытуемого образца, поверхность шлифа выполняли перпендикулярной к испытуемой поверхности образца. Для испытаний использовали индентор в виде ножа, имеющего лезвие с сечением в виде равнобедренного треугольника. Индентор вводили в испытуемый образец по нормали к его испытуемой поверхности на глубину ho, превышающую глубину упрочненного слоя hуп, создавая при внедрении индентора по обе стороны от его отпечатка зоны пластической деформации. При введении индентора в образец, линию, образованную его лезвием ориентировали перпендикулярно поверхности шлифа. На шлифе определяли: точку О максимальной глубины ho отпечатка индентора, оставленную лезвием индентора; точку В границы зон деформированного и недеформированного материала на поверхности испытуемого образца и точку А края отпечатка индентора на поверхности испытуемого образца; определяли границу зон деформированного и недеформированного материала, а затем определяли угол общей зоны деформации βобщ=∟АОВ, и на шлифе по месту преломления границы зон деформированного и недеформированного материала определяли точку B1 перехода от деформированной зоны основного материала к деформированной зоне упрочненного поверхностного слоя. Соединяли точку О и B1 прямой и определяли угол деформации основного материала βосн=∟AOB1, и по соотношению углов βобщ и βосн судили о степени упрочнения поверхностного слоя εβ, применяя формулу: εβ=βобщ/βосн (таблица).
Индентор в поверхностный слой образца вводили на различную глубину и предварительно оценивали глубину зоны упрочнения. Для большей четкости картины деформации в зоне отпечатка индентор вводили на глубину ho, в два раза превышающую глубину упрочненного слоя hуп.
Дополнительно определяли угол градиента упрочнения βуп=∟DB1B, по величине которого судили об интенсивности изменения зоны упрочнения (таблица).
О величине упрочнения i-го слоя, расположенного на глубине hi от испытуемой поверхности образца, судили по отношению значений В1iСi/АiСi,
где - B1iCi расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiCi, - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией ОА, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
Проводили аналогичные измерения и расчеты на поверхности шлифа на симметрично расположенной относительно отпечатка зоне деформации. При испытаниях использовали инденторы, имеющие лезвия со следующими углами острия: от 15° (неудовлетворительный результат (Н.Р.)); 20° (удовлетворительный результат (У.Р.)); 30° (У.Р.); 60° (У.Р.); 90° (У.Р.); 100° (Н.Р.).
Упрочнение поверхностного слоя образцов проводили методами поверхностного пластического деформирования и ионной имплантации с последующим постимплантационным отжигом.
В качестве цилиндрических образцов использовались образцы длинами 50 мм и 100 мм и диаметрами: 20 мм, 40 мм, 70 мм, 120 мм. Плоские образцы имели прямоугольное сечение 4 мм × 10 мм, 6 мм × 10 мм и длину 50 мм.
В качестве исходных материалов для изготовления образцов использовались углеродистые и низколегированные стали, а также легированные стали, алюминиевые и медные сплавы (ионной имплантации подвергались только легированные стали).
В таблице в качестве примера приведены значения результатов измерений отпечатка и параметров зоны деформации при угле острия лезвия индентора α=90°, а также результаты оценки параметров упрочнения поверхностного слоя образцов из углеродистой стали.
| № п/п | Материал образца и вид обработки | hуп, мкм | βобщ, ° | βосн, ° | εβ, % | βyп, ° |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | Сталь 3 (ППД - обработка роликами - режим 1) | 0,35 | 26 | 18 | 144 | 24 |
| 2 | Сталь 3 (ППД - обработка роликами - режим 2) | 0,45 | 29 | 17 | 171 | 27 |
| 3 | Сталь 3 (ППД дробеструйная) | 0,40 | 31 | 19 | 163 | 29 |
| 4 | Сталь 45 (ППД - обработка роликами - режим 1) | 0,40 | 33 | 21 | 157 | 26 |
| 5 | Сталь 45 (ППД - обработка роликами - режим 2) | 0,50 | 34 | 22 | 155 | 27 |
| 6 | Сталь 45 (ППД дробеструйная) | 0,45 | 32 | 20 | 160 | 30 |
Аналогичные результаты были получены и для других исследуемых материалов.
Таким образом, использование перечисленных выше существенных признаков предлагаемого способа позволило достичь технического результата предлагаемого изобретения - обеспечения оперативного и достоверного определения характеристик упрочнения поверхностного слоя исследуемых материалов.
Claims (12)
1. Способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов, преимущественно металлов, включающий приготовление шлифа в зоне внедрения индентора, внедрение индентора в испытуемый образец и определение глубины отпечатка, отличающийся тем, что шлиф приготавливают на торце испытуемого образца, поверхность шлифа выполняют перпендикулярной к испытуемой поверхности образца, причем используют индентор в виде ножа, имеющего лезвие с сечением в виде равнобедренного треугольника, который вводят в испытуемый образец по нормали к его испытуемой поверхности на глубину ho, превышающую глубину упрочненного слоя hyn, создавая при внедрении индентора по обе стороны от его отпечатка зоны пластической деформации, причем при введении индентора, линию, образованную его лезвием ориентируют перпендикулярно поверхности шлифа, а на шлифе определяют: точку О максимальной глубины ho отпечатка индентора, оставленную лезвием индентора, точку В границы зон деформированного и недеформированного материала на поверхности испытуемого образца и точку А края отпечатка индентора на поверхности испытуемого образца, определяют границу зон деформированного и недеформированного материала, а затем определяют угол общей зоны деформации βобщ=∟АОВ и на шлифе по месту преломления границы зон деформированного и недеформированного материала определяют точку B1 перехода от деформированной зоны основного материала к деформированной зоне упрочненного поверхностного слоя, соединяют точку О и B1 прямой и определяют угол деформации основного материала βосн=∟AOB1 и по соотношению углов βобщ и βосн судят о степени упрочнения поверхностного слоя εβ, применяя формулу: εβ=βобщ/βосн.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что индентор вводят на глубину ho, в два раза превышающую глубину упрочненного слоя hyn.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно определяют угол градиента упрочнения βуn=∟DB1B, по величине которого судят об интенсивности изменения зоны упрочнения,
где точка D лежит на пересечении прямой OB1 с испытуемой поверхностью образца.
где точка D лежит на пересечении прямой OB1 с испытуемой поверхностью образца.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что о величине упрочнения i-го слоя, расположенного на глубине hi от испытуемой поверхности образца, судят по отношению значений B1iCi/AiCi,
где B1iCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией ОА, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
где B1iCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией ОА, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что о величине упрочнения i-го слоя, расположенного на глубине hi от испытуемой поверхности образца, судят по отношению значений B1iCi/AiCi,
где B1iCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности торца-шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией ОА, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
где B1iCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности торца-шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией ОА, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что о величине упрочнения i-го слоя, расположенного на глубине hi от испытуемой поверхности образца, судят по отношению значений B1iCi/AiB1i,
где B1iCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiB1i - расстояние между линией ОА и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
где B1iCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiB1i - расстояние между линией ОА и линией OB1, измеренное на поверхности шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
7. Способ по п.2, отличающийся тем, что о величине упрочнения i-го слоя, расположенного на глубине hi от испытуемой поверхности образца, судят по отношению значений B1iCi/AiB1i,
где B1iCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности торца-шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiB1i - расстояние между линией ОА и линией OB1, измеренное на поверхности торца-шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
где B1iCi - расстояние между границей зон деформированного и недеформированного материала и линией OB1, измеренное на поверхности торца-шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; AiB1i - расстояние между линией ОА и линией OB1, измеренное на поверхности торца-шлифа в направлении, параллельном исходной испытуемой поверхности образца на глубине hi; hi - глубина i-го слоя; ОС - граница зон деформированного и недеформированного материала.
8. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что проводят аналогичные измерения и расчеты на поверхности шлифа на симметрично расположенной относительно отпечатка зоне деформации.
9. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что используют индентор, имеющий лезвие с углом острия 90°.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют индентор, имеющий лезвие с углом острия 90°.
11. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что используют индентор, имеющий лезвие с углом острия, выбираемым в диапазоне от 20° до 90°.
12. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют индентор, имеющий лезвие с углом острия, выбираемым в диапазоне от 20° до 90°.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011128559/28A RU2475719C1 (ru) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011128559/28A RU2475719C1 (ru) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011128559A RU2011128559A (ru) | 2013-01-20 |
| RU2475719C1 true RU2475719C1 (ru) | 2013-02-20 |
Family
ID=48805036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011128559/28A RU2475719C1 (ru) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2475719C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109932262A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-25 | 中国原子能科学研究院 | 材料不同深度处的力学性能的测量方法 |
| CN112033804A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-12-04 | 中铝材料应用研究院有限公司 | 一种测量板材塑性应变比r值的方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743618C1 (ru) * | 2020-05-12 | 2021-02-20 | Павел Александрович Бимбереков | Способ изготовления составного образца с поверхностным слоем и ведения испытаний по определению параметров поверхностного упрочнения |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2079832C1 (ru) * | 1995-06-06 | 1997-05-20 | Волгоградский государственный технический университет | Способ определения предела текучести материалов |
| US6945097B2 (en) * | 2002-04-10 | 2005-09-20 | Mts Systems Corporation | Characteristic strain and fracture resistance for scratch independently of indenter geometry |
| RU2302622C2 (ru) * | 2005-05-06 | 2007-07-10 | Уфимский авиационный техникум (УАТ) | Способ измерения твердости металлических образцов |
| RU2366923C2 (ru) * | 2006-10-26 | 2009-09-10 | ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" | Способ определения физико-механических свойств твердых материалов |
-
2011
- 2011-07-08 RU RU2011128559/28A patent/RU2475719C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2079832C1 (ru) * | 1995-06-06 | 1997-05-20 | Волгоградский государственный технический университет | Способ определения предела текучести материалов |
| US6945097B2 (en) * | 2002-04-10 | 2005-09-20 | Mts Systems Corporation | Characteristic strain and fracture resistance for scratch independently of indenter geometry |
| RU2302622C2 (ru) * | 2005-05-06 | 2007-07-10 | Уфимский авиационный техникум (УАТ) | Способ измерения твердости металлических образцов |
| RU2366923C2 (ru) * | 2006-10-26 | 2009-09-10 | ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" | Способ определения физико-механических свойств твердых материалов |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109932262A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-25 | 中国原子能科学研究院 | 材料不同深度处的力学性能的测量方法 |
| CN109932262B (zh) * | 2019-04-12 | 2020-11-10 | 中国原子能科学研究院 | 材料不同深度处的力学性能的测量方法 |
| CN112033804A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-12-04 | 中铝材料应用研究院有限公司 | 一种测量板材塑性应变比r值的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011128559A (ru) | 2013-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dwivedi et al. | A comparative assessment of the effects of laser shock peening and ultrasonic shot peening on surface integrity and ratcheting fatigue performance of HSLA steel | |
| Schönbauer et al. | The influence of corrosion pits on the fatigue life of 17-4PH steam turbine blade steel | |
| Sampath et al. | Non-contact measurements of residual stress distribution and grain size in titanium alloys with laser ultrasonic system | |
| Carnelli et al. | Evaluation of the hydrodynamic pressure of cavitation impacts from stress–strain analysis and geometry of individual pits | |
| Wen et al. | Nanoindentation characterization on local plastic response of Ti-6Al-4V under high-load spherical indentation | |
| RU2475719C1 (ru) | Способ оценки степени упрочнения поверхностного слоя твердых материалов | |
| Fernández-Pariente et al. | Fatigue behavior of nitrided and shot peened steel with artificial small surface defects | |
| Chen et al. | Validation of constitutive models for experimental stress-strain relationship of high-strength steel sheets under uniaxial tension | |
| Ding et al. | Necking of Q&P steel during uniaxial tensile test with the aid of DIC technique | |
| Di Gioacchino et al. | Side-grooved Charpy impact testing: Assessment of splitting and fracture properties of high-toughness plate steels | |
| Isselin et al. | Yield strength evaluation by small-punch test | |
| Chandra et al. | Crack tip opening angle (CTOA) and δ5 measurements on SENT and DENT specimens of a thin interstitial-free steel sheet | |
| JP2015163840A (ja) | 鋼材の腐食疲労寿命の評価方法 | |
| García et al. | Estimation of the fracture toughness of structural steels by means of the CTOD evaluation on notched small punch specimens | |
| Grigorescu et al. | Fatigue behaviour of austenitic stainless steels in the VHCF regime | |
| Kim et al. | Estimations of work hardening exponents of engineering metals using residual indentation profiles of nano-indentation | |
| Lee et al. | Surface residual stress in H-section steel beams processed by quenching and self-tempering using instrumented indentation testing | |
| RU2435154C1 (ru) | Способ определения твердости материалов | |
| RU2366923C2 (ru) | Способ определения физико-механических свойств твердых материалов | |
| Shetulov et al. | Fatigue-induced damage of high-strength steels | |
| Žagar et al. | Surface integrity after mechanical hardening of various aluminium alloys | |
| RU2170918C1 (ru) | Способ оценки остаточного ресурса работы детали | |
| RU2323428C1 (ru) | Способ определения статической твердости древесины | |
| Walch et al. | Refined cyclic R-curve determination through residual crack tip stress reduction by annealing | |
| RU2721314C1 (ru) | Способ определения относительного сужения после разрыва |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140709 |