Способ определения остаточных напряжений в покрытиях

Изобретение относится к механическим испытаниям покрытий, а именно к методам определения остаточных напряжений в покрытиях, созданных напылением. Техническим результатом является получение более широкой и точной информации по характеристике создаваемого покрытия напылением. Способ определения остаточных напряжений в покрытиях заключается в освобождении остаточных напряжений путем нанесения на цилиндрический образец с напылением трех или четырех радиальных разрезов на глубину толщины сечения покрытия, определяют прочность сцепления покрытия на сдвиг посредством пресса путем продавливания цилиндрического образца через отверстие матрицы, после которого окружные остаточные напряжения в покрытиях определяют расчетом, как разность прочности сцепления на сдвиг покрытия при освобождении их от остаточных напряжений и прочности сцепления покрытия при исходном уровне технологических остаточных напряжений. 1 ил.

 

Способ определения остаточных напряжений в покрытиях относится к механическим испытаниям покрытий, а именно к методам определения остаточных напряжений в покрытиях, созданных напылением.

Известен ряд способов определения остаточных напряжений в полых и сплошных цилиндрах, а также в поверхностных слоях деталей произвольной формы [Биргер И.А. Остаточные напряжения. Издание 2-е: М.: ЛЕНАНД (Физико-математическое наследие). 2015. - С. 156-169). Сущность этих способов определения остаточных напряжений заключается в освобождении остаточных напряжений путем расточки и (или) обточки с измерением деформаций, по которым расчетом определяют величину и знак остаточных напряжений.

Известен также способ определения остаточных напряжений [Патент РФ № 2499244], включающий нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах вниз, статической нагрузкой по 4-точечной схеме. Нагружение образца осуществляют плавно до величины нагрузки, не превышающей предел упругости материала покрытия образца, последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие и остаточную деформацию сжатия. По полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики.

Способ не позволяет определить остаточные напряжения в покрытиях поверхностей конструкций реальных деталей, а также требует применения специального оборудования для испытания под статической нагрузкой.

Это создает трудности применения их в качестве тестов контроля в системе технологического процесса создания покрытий напылением.

Техническая задача от использования заявленного способа заключается в получении более широкой и точной информации по характеристике создаваемого покрытия напылением.

Техническая задача в заявленном способе достигается тем, что в качестве образцов применяют цилиндрические заготовки из материала близкого к химическому составу реальной детали, на которых создают узкие пояски покрытия изучаемой технологии напыления. Осевые и радиальные напряжения в поясках покрытия практически очень малы, поэтому ими предполагается пренебречь. Освобождение от остаточных напряжений производят путем нанесения на цилиндрический образец с напылением 3-х, 4-х радиальных разрезов покрытия на глубину толщины сечения покрытия. Определяют прочность сцепления покрытия на сдвиг посредством пресса путем продавливания цилиндрического образца через отверстие матрицы.

На фигуре показана схема определения прочности сцепления покрытия (где 1 - образец; 2 - поясок покрытия; 3 - матрица; 4 - разрезы покрытия; b - ширина пояска покрытия; D - диаметр напыляемого образца; F - сила нагрузки сдвига пояска покрытия). Прочность сцепления покрытия определяют по отношению силы его сдвига, при продавливании через отверстие матрицы, к площади контакта пояска покрытия с основой заготовки образца.

Окружные остаточные напряжения σθ в кольцевом покрытии определяют расчетом как разность прочности сцепления на сдвиг покрытия при освобождении их от остаточных напряжений и прочности сцепления покрытия при исходном уровне технологических остаточных напряжений в соответствии со следующей формулой.

где σθ – окружные остаточные напряжения в покрытии, МПа;

τсц(р) – прочность сцепления покрытия на сдвиг при освобождении их от остаточных напряжений, МПа;

τсц – прочность сцепления покрытия на сдвиг при исходном уровне остаточных напряжений, МПа.

Прочность сцепления покрытия на сдвиг при освобождении его от остаточных напряжений определяют по следующей формуле

где F – сила сдвига кольцевого пояска покрытия, Н;

b – ширина пояска кольцевого покрытия, мм;

t – ширина реза кольцевого пояска покрытия, мм;

n – количество разрезов кольцевого пояска покрытия, шт.;

D – диаметр напыляемого образца, мм.

Прочность сцепления покрытия на сдвиг при исходном уровне остаточных напряжений определяют по следующей формуле

Пример определения технологических остаточных напряжений в образцах заявленным способом.

Технология создания покрытия производилась в соответствий с требованиями [ГОСТ 279-88. Покрытия детонационные].

1) На наружной поверхности цилиндрических образцов диаметром 30 мм создается 2-слойное покрытие детонационным напылением: первый слой напыляется порошковым вольфрамокобальтовым сплавом ВК-25 толщиной 0,020-0,030 мм. Затем напыляется 2-й (основной) слой покрытия до толщины общего слоя 0,40 мм порошком ПР-Н70Х17С4Р4.

Испытания покрытий показали следующие результаты.

Прочность сцепления покрытия на сдвиг, с освобождением его от остаточных напряжений, составила τсц(р)=236 МПа.

Прочность сцепления покрытия на сдвиг, с исходным уровнем остаточных напряжений, составила τсц=115 МПа.

Окружные остаточные напряжения σθ в узком кольцевом покрытии составляют

Технико-экономическая эффективность предложенного способа определения технологических остаточных напряжений в покрытиях, созданных напылением, заключается в следующем.

1. Определение технологических остаточных напряжения производится по прочности сцепления на сдвиг, поэтому погрешность их влияния находится на нулевом уровне.

2. В силу простоты определения технологических остаточных напряжений предложенный способ рекомендуется использовать в качестве теста для контроля технологических операций создания покрытий напылением.

3. В связи с исключением необходимости измерения деформаций, при определении остаточных напряжений, стоимость оборудования и трудоемкость определения остаточных напряжений уменьшаются.

Способ определения остаточных напряжений в покрытиях заключается в освобождении остаточных напряжений путем нанесения на цилиндрический образец с напылением трех или четырех радиальных разрезов на глубину толщины сечения покрытия, определяют прочность сцепления покрытия на сдвиг посредством пресса путем продавливания цилиндрического образца через отверстие матрицы, после которого окружные остаточные напряжения в покрытиях определяют расчетом, как разность прочности сцепления на сдвиг покрытия при освобождении их от остаточных напряжений и прочности сцепления покрытия при исходном уровне технологических остаточных напряжений:

где σθ – окружные остаточные напряжения в покрытии, МПа;

τсц(р) – прочность сцепления покрытия на сдвиг при освобождении их от остаточных напряжений путем разрезов, МПа;

τсц – прочность сцепления покрытия на сдвиг при исходном уровне остаточных напряжений, МПа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области экспериментального определения напряжений межслоевой прочности в образцах основных силовых элементов конструкций из полимерного композиционного материала (ПКМ) при нагружении. Сущность: в образце предварительно перпендикулярно слоям делают прорезь вдоль всего образца глубиной до заданного для сдвига слоя или границы слоев.

Группа изобретений относится к стоматологическому материаловедению. Способ определения прочности соединения стоматологического материала для фиксации с твердыми тканями зуба и конструкционным материалом несъемных зубных протезов включает подготовку образцов подложки из твердых тканей зуба или из конструкционного материала протеза, подготовку образцов адгезионного соединения и проведение испытания на сдвиг с помощью испытательной машины Инстрон при скорости движения траверсы 5 мм/мин до полного разрушения склеенного образца, адгезионную прочность соединения определяют по формуле: ,где Fсд - предельная нагрузка, при которой происходит разрушение соединения образца, Н; S - площадь поверхности, по которой происходит разрушение, мм.
Изобретения относятся к области исследования прочностных свойств бетонов и может быть использовано для контроля прочности бетонных конструкций. Определение прочности производят по усилию выдергивания погруженного дюбель-гвоздя из тестируемого бетона, при этом или дюбель-гвоздь погружают с зазором для захвата в районе шляпки дюбель-гвоздя выдергивающим устройством, или удаляют часть тестируемого бетона в объеме, необходимом для захвата в районе шляпки дюбель-гвоздя выдергивающим устройством.

Изобретение относится к области определения механических и реологических свойств клеевых композиций. Сущность: склеенный образец размещают в обойме, испытывают его на ползучесть, регистрируют текущие значения деформации клеевой композиции и строят кривую ползучести, по которой судят о характеристиках ползучести клеевой композиции, текущее значение деформации клеевой композиции регистрируется расстоянием между линзой и стеклянной пластинкой методом колец Ньютона, наблюдаемых в монохроматическом свете с помощью цифрового микроскопа, соединенного с персональной ЭВМ (ПЭВМ) для их обработки, при нормальном к поверхности пластины падении световых лучей.

Изобретение относится к области производства строительных конструкций. Устройство состоит из основания приспособления, пуансона, опоры, прижимного винта, синхронизатора усилий, пяты, прижима из двух частей, с которыми связан синхронизатор усилия, причем опора имеет отверстие прямоугольной формы, размеры которого соотносятся с размерами скалываемой доли контрольного образца, как a=1,1с; b=1,1d, где a и b - длина и ширина отверстия; с и d - длина и ширина скалываемой части контрольного образца, при этом, линия контакта поверхности пуансона со скалываемой долей контрольного образца выполнена по циклоиде как брахистохрона.

Изобретение относится к способам и устройствам для определения прочности стержня строительной композитной арматуры в процессе ее изготовления для обеспечения контроля сохранения стабильности технологического процесса и соответствия его сертификационным показателям, зарегистрированным при обследовании состояния производства.

Изобретение относится к области механических испытаний материалов на прочность, в частности к испытаниям на сдвиг образцов из полимерных материалов. Сущность: крепление образца, состоящего из двух рабочих областей, соединённых при помощи галтелей с лопатками, имеющими размеры, большие, чем рабочая область образца, осуществляют путём механического прижимания лопаток образца к захватам с помощью винтов и прижимных пластинок, причем либо лопатки образца сначала приклеиваются к захватам и прижимным пластинам, а затем прижимаются прижимными пластинами к захватам с помощью винтов, либо захваты и прижимные пластины выполняются с пазами для прижимания материала без выдавливания из захватов, причем при проведении испытания перемещение захватов ограничено в двух направлениях, захваты движутся по направляющим вдоль оси нагружения как в одну, так и в противоположную сторону.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к образцам для контроля и исследования прочности клеевых соединений при сдвиге конструкционных материалов склеенных внахлест, в том числе в условиях высоких температур. Образец для оценки прочности клеевых соединений при сдвиге, содержащий две пластины, соединенные внахлест клеевым слоем, пластины имеют срез «на ус» по всей длине области склейки, а склеенные концы пластин выполнены полукруглыми, причем область склейки включает прямоугольную часть пластины на длине равной ее ширине и область скругления, равную половине ширины пластины.

Изобретение относится к устройствам для измерения статического (трения покоя) и динамического трений сыпучих материалов и может быть использовано в химической, горнорудной, фармацевтической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. Устройство для определения статического и динамического трений сыпучих материалов, содержащее корпус в форме параллелепипеда и бункер подачи сыпучего материала, выполненные из прозрачного материала.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам для оценки адгезионных свойств разрушающих касательных напряжений герметиков, используемых в различных сферах промышленности и отраслях народного хозяйства. Сущность: осуществляют зачистку образцов, обезжиривание, нанесение на рабочую поверхность образца тонкого слоя герметика, выдержку образцов после формирования слоя герметика необходимой толщины, проведение испытаний образцов постепенным нарастанием нагрузки до полного их разрушения.

Изобретение относится к измерительной технике для определения адгезионной прочности тонких твердых покрытий на податливых подложках. Сущность: производят нагружение и внедрение алмазного пирамидального наконечника в поверхность покрытия на податливой подложке на глубину, обеспечивающую отслоение покрытия от основы при разгружении, при этом записывают экспериментальную диаграмму внедрения в виде кривых изменения нагрузки от глубины внедрения при возрастании и затем снижении нагрузки до нуля, фиксируют значения максимальной нагрузки и соответствующей ей глубины внедрения, рассчитывают эффективный модуль упругости и композиционную твердость покрытия на податливой подложке, осуществляют графически построение теоретических кривых нагружения и разгружения в виде модельной диаграммы внедрения, после чего совмещают модельную диаграмму внедрения с экспериментальной диаграммой внедрения слоистого тела, достраивают кривую разгружения в экспериментальной диаграмме внедрения, описывающую вариант экспериментальной диаграммы внедрения при когерентной связи покрытия к подложке, выявляют области в экспериментальной диаграмме внедрения, отличающиеся от аналогичных областей модельной диаграммы внедрения, анализируют природу образования этих областей, рассчитывают работу, затрачиваемую на упругое восстановление отслоившегося покрытия при разгружении, как количественную разницу в площадях отличительных областей, сопоставляют величину работы, затрачиваемой на упругое восстановление отслоившегося покрытия, с площадью фигуры в виде треугольника, одна из сторон которого образует острый угол с осью абсцисс, и по тангенсу данного угла рассчитывают по известной формуле значение адгезионной прочности покрытия.
Наркология
Наверх