Способ экспресс-определения прочностных характеристик твердых материалов
Изобретение относится к измерительной технике для быстрого определения физико-механических свойств твердых материалов. Способ экспресс-определения прочностных характеристик твердых материалов, преимущественно металлов, заключается в том, что в испытуемый материал внедряют индентор, измеряют глубину остаточного отпечатка исследуемой точки на поверхности испытуемого материала и определяют его прочностные характеристики. Для этого перпендикулярно плоскости испытуемого материала в исследуемой точке прикладывают предварительную нагрузку с получением контрольного отпечатка заданной глубины, служащего началом отсчета измерения глубины внедрения индентора, в исследуемой точке создают основную нагрузку, измеряя при этом глубину проникновения индентора, затем осуществляют выдержку индентора под суммарной нагрузкой в течение 120-150 с, соответственно определяя при этом глубину проникновения индентора, а также общую глубину внедрения индентора в материал, снимают основную нагрузку, осуществляют выдержку индентора под предварительной нагрузкой в течение 30-50 с, после чего также снимают предварительную нагрузку, и по величине глубин проникновения индентора в материал определяют прочностные характеристики испытуемого материала в расчетных единицах. Данное изобретение обеспечивает возможность оперативного и достоверного определения физико-механических свойств исследуемых металлов. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного экспресс-определения физико-механических свойств твердых материалов.Известен способ определения твердости материала, при котором испытуемый материал нагружают с заданной скоростью посредством сферического индентора, предварительно определяют зависимость динамического коэффициента твердости материала от его статистической твердости и скорость нагружения, измеряют диаметр и глубину остаточного отпечатка на поверхности испытуемого материала, определяют его статистическую твердость, при этом в качестве испытуемого материала используют материал с известным модулем нормальной упругости, измеряют перемещение интентора в процессе снятия нагрузки по упругому восстановлению испытуемого материала и индентора в центре контакта и по расчетным соотношениям определяют максимальную нагрузку в силовом контакте испытуемого материала и индентора (см. патент РФ №2141638, кл. G 01 N 3 / 48, опубл. 1999).Существенным недостатком данного способа является необходимость наличия эталонного образца материала с известным модулем нормальной упругости.Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ определения прочностных характеристик 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 прочностные характеристики (см. патент РФ №2080581, кл. G 01 N 3 / 48, опубл. 1997).Недостатком указанного способа является его длительность во времени и необходимость применения громоздкого математического аппарата.Задача данного изобретения состоит в обеспечении возможности оперативного и достоверного определения физико-механических свойств исследуемых металлов.Указанный технический результат достигается тем, что в способе экспресс-определения прочностных характеристик твердых материалов, преимущественно металлов, при котором в испытуемый материал внедряют индентор, измеряют диаметр и глубину остаточного отпечатка исследуемой точки на поверхности испытуемого материала и определяют прочностные характеристики, перпендикулярно плоскости испытуемого материала в исследуемой точке прикладывают предварительную нагрузку с получением контрольного отпечатка заданной глубины, служащего началом отсчета измерения глубины внедрения индентора, в исследуемой точке создают основную нагрузку, измеряют мгновенную глубину проникновения индентора, затем после выдержки в течение 120-150 с, под суммарной нагрузкой определяют дополнительную и общую глубину проникновения индентора, снимают основную нагрузку, осуществляют выдержку в течение 30-50 с, после чего снимают предварительную нагрузку и измеряют глубины проникновения индентора и диаметр остаточного отпечатка на поверхности испытуемого материала, по величине которых определяют прочностные характеристики испытуемого материала в расчетных единицах.Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату.Сравнение заявленного технического решения 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.На чертеже представлена схема последовательности реализации предложенного способа и необходимых вычислений.Предложенный способ реализуют с помощью микротвердомера марки ПМТ-3, оснащенного интерферометром с ахроматической шкалой с принципом действия - дюрометрия интерференционная, с применением специально подготовленных шлифов в виде пластин размером 52020 мм и применением алмазной пирамиды Кнуппа в качестве индентора.При приложении предварительно малой нагрузки P1=1 г фиксируют контрольный отпечаток диаметром d и расчетной глубиной t, которая задавалась на шкале интерферометра по ахроматической черной полосе интерференции и служит началом отсчета для измерения глубины внедрения индентора в испытуемый материал при приложении основной нагрузки Р2=200 г.Далее при суммарной нагрузке Робщ=Р1+Р2 измеряют мгновенную глубину Нмгн внедрения индентора тотчас при приложении основной нагрузки Р2. После выдержки под общей нагрузкой Робщ в течение 120-150 с определяют дополнительную глубину внедрения индентора в испытуемый материал Нполз, характеризующую пластические свойства и наличие минимального порога ползучести испытуемого материала при комнатной температуре.Общую глубину внедрения индентора в испытуемый материал по расчетному отпечатку определяют по формулеНобщ=Нмгн+Нполз. [1]Для оценки упругого восстановления материала снимают основную нагрузку Р2 и после выдержки в течение 30-50 с измеряют величину упругого восстановления отпечатка Нупр. Восстановленная величина Нпл является величиной остаточной пластичности и может быть определена как разностьНпл=Нобщ-Нупр. [2]Далее снимают предварительную нагрузку P1 и образец испытуемого материала возвращают в первоначальное положение для измерения величины диаметра d расчетного отпечатка.Предложенный способ предельно просто позволяет оперативно определять следующие характеристики испытуемого материала: упругие свойства материала как Нупр/Нобщ 100%; пластические свойства материала как Нпл/Нобщ 100%; ползучесть материала при комнатной температуре как Нполз/Нобщ 100%; твердость по невосстановленной глубине отпечатка как oh=0,03784Робщ/Н2oбщ.Общее время определения всех перечисленных характеристик составляет 3-6 мин.Формула изобретения
Способ экспресс-определения прочностных характеристик твердых материалов, преимущественно металлов, заключающийся в том, что в испытуемый материал внедряют индентор, измеряют глубину остаточного отпечатка исследуемой точки на поверхности испытуемого материала и определяют его прочностные характеристики, отличающийся тем, что перпендикулярно плоскости испытуемого материала в исследуемой точке прикладывают предварительную нагрузку с получением контрольного отпечатка заданной глубины, служащего началом отсчета измерения глубины внедрения индентора, в исследуемой точке создают основную нагрузку, измеряя при этом глубину проникновения индентора, затем осуществляют выдержку индентора под суммарной нагрузкой в течение 120-150 с, соответственно определяя при этом глубину проникновения индентора, а также общую глубину внедрения индентора в материал, снимают основную нагрузку, осуществляют выдержку индентора под предварительной нагрузкой в течение 30-50 с, после чего также снимают предварительную нагрузку, и по величине глубин проникновения индентора в материал определяют прочностные характеристики испытуемого материала в расчетных единицах.РИСУНКИ
Рисунок 1