Оценка физико-механических свойств поверхностного слоя по диаграмме вдавливания сферического индентора для титанового сплава ВТ3-1 - Статья

Она позволяет вдавливать индентор 1 и перемещать образец 2 в тангенциальном направлении с непрерывной регистрацией силы вдавливания P от 0 до 800 Н, глубины внедрения h, силы трения Ftp, величины смещения в тангенциальном направлении z. Установка включает в себя три основных кинематических узла : механизм нагружения (узел 1), механизм опускания и подъема индентора (узел 2) и механизм тангенциального перемещения (узел 3). Каретка-6, в которой на тарельчатых пружинах-5 подвешен шток-10 с индуктивным преобразователем-7, упругим элементом-8 и индентором-1, перемещается вертикально. Для исключения погрешности измерений изза податливости в стыке образец-стол индуктивный преобразователь жестко крепился на штоке, а индентор, в качестве которого служили выглаживатели со сферической рабочей частью из природных и синтетических (АСПК-3) алмазов, соединен со штоком посредством резьбового соединения. Вдавливание индентора (нагружение - разгружение (узел 1) обеспечивалось перемещением пиноли-11 от электродвигателей Д3 и Д2 (Д2-для ускоренного подвода, Д3-непосредственно для нагружения).Можно констатировать, что оценка физико-механических свойств поверхностного слоя по диаграмме вдавливания сферического индентора, является эффективным способов исследования поверхностного слоя материалов.

Для записи диаграммы вдавливания сферического индентора применялась специальная установка.

Она позволяет вдавливать индентор 1 и перемещать образец 2 в тангенциальном направлении с непрерывной регистрацией силы вдавливания P от 0 до 800 Н, глубины внедрения h, силы трения Ftp, величины смещения в тангенциальном направлении z.

Таблица 1 - Результаты испытаний по диаграмме вдавливания

Установка включает в себя три основных кинематических узла : механизм нагружения (узел 1), механизм опускания и подъема индентора (узел 2) и механизм тангенциального перемещения (узел 3). Установка работает следующим образом. Образец-2 из исследуемого материала закрепляется на столе -3. Закрепление необходимо для избежания ошибки измерений изза возможных угловых микросмещений при действии нагружающей силы. Каретка -6, в которой на тарельчатых пружинах-5 подвешен шток-10 с индуктивным преобразователем -7, упругим элементом-8 и индентором -1, перемещается вертикально. Электродвигатель Д1 и Д4 обеспечивают соответственно ускоренное и медленное движения. При достижении необходимой силы касания Ркас (в экспериментах она составляла 1…1, 02 Н), которая оценивалась по величине деформации тарельчатых пружин 5 с наклеенными на них тензорезисторами-9 (рис. 4.4), происходит останов каретки и ее фиксация электромагнитами -ЭМ.

Для исключения погрешности измерений изза податливости в стыке образец-стол индуктивный преобразователь жестко крепился на штоке, а индентор, в качестве которого служили выглаживатели со сферической рабочей частью из природных и синтетических (АСПК-3) алмазов, соединен со штоком посредством резьбового соединения. При этом сила затяжки выбиралась так, чтобы она обеспечивала натяг на торце штока больший, чем может возникнуть от максимальной силы при вдавливании.

Вдавливание индентора (нагружение - разгружение (узел 1) обеспечивалось перемещением пиноли -11 от электродвигателей Д3 и Д2 (Д2- для ускоренного подвода, Д3- непосредственно для нагружения). Скорость нагружения определялась изменением частоты вращения Д3, а также жесткостью упругого элемента -8. Тангенциальное перемещение образца (узел 3) может осуществляться бесступенчато от электродвигателя Д5.

Для измерения и фиксации исследуемых параметров установка оснащена тензоусилителем ТА5 (измерение сил), системой электронной измерительной 214ПС (измерение глубины внедрения) и самопишущими двух координатными потенциометрами ПДС-021.

Силы оценивали по деформации упругих элементов 8, 9, 12 с наклеенными на них тензорезисторами. Для исключения влияния силы P на показания Ftp дополнительно установлена тензобалка -13, имеющая гибкую связь-14 со столом-3 и не воспринимающая по этой причине растягивающих напряжений в отличие от упругих элементов 12. Запись тангенциального перемещения z образца 2 производилась на потенциометре по изменению напряжения на резисторе, включенного в электрическую цепь по схеме делителя напряжения. При этом ползунок резистора был жестко связан со столом. Функционирование установки в полуавтоматическом режиме обеспечивалось электросхемой.

Образцы изготавливались в виде пластин толщиною не менее 8 мм, что давало основания рассматривать их как упруго-пластическое полупространство. После нагружения осуществлялась выдержка в течение 10… 15 секунд, задаваемая с помощью реле времени, затем производилась разгрузка. В каждом случае выполнялось не менее 3-х опытов с последующим осреднением результатов. Для исключения взаимного влияния соседних отпечатков они располагались на расстоянии, превышающим их диаметр в 5 раз. Результаты тарировки обрабатывались по методу наименьших квадратов.

Для проверки правильности показаний приборов использовалась мера твердости HV5-424 к прибору ТП-2 (в дальнейшем эталон), рабочая поверхность которой обработана в пределах Ra= 0,12…0,02 мкм.

Скорость нагружения составляла 10… 40 Н/с, а ее изменение в указанном интервале практически не сказывалось на получаемых результатах. Результаты расчетов по диаграмме вдавливания сферического индентора представлены в таблице 1.Можно констатировать, что оценка физико-механических свойств поверхностного слоя по диаграмме вдавливания сферического индентора, является эффективным способов исследования поверхностного слоя материалов.

Хворостухин Л. А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением /Л.А. Хворостухин, С.В. Шишкин, А.П. Ковалев и др. - М.: Машиностроение, 1988.

Булычев С. И. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора / С.И. Булычев, В.П. Алехин - М.: Машиностроение, 1990.

Григорович В. К. Твердость и микротвердость металлов / В.К. Григорович - М.: Наука. 1976.

Ковалев А. П. Оценка несущей способности поверхностного слоя деталей вдавливанием сферического индентора / А.П. Ковалев //Технология машиностроения. - 2007. - № 9. - С. 50 -53.

Размещено на .ru