Способ подготовки образца при определении трещиностойкости хрупких материалов

Способ подготовки образца при определении трещиностойкости хрупких материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (I I) 1004806 (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 18.08.81 (21 } 3333548/22-26 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.03 83. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 17.03.83 (5I )Nl. Кл. (д 01 Я 1/28

Гесударстеелкый кемитет лв делам изобретений и открытий (53) УЙ К 543.053 (088.8) H.B. Новиков, И.M.Аиврооов, Н.И.ГороЧыскиЗ,,А.Л.МвйстуЮ)(о. и В. В. Романенкэ „, у:,": .:. ::.:- : - ч i

Ордена Трудового Красного Знамени инсхцуут сверхтйерды материалов АН Украинской CCP " (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ

ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к исследованию механических свойств материалов, а именно к определению трещиностойкос>ти сверхтвердых материалов.

Интенсивное развитие современной техники привело к разработке нового класса инструментальных материаловполикристаллические сверхтвердые материалы, а это в свою очередь создало необходимость исследования их физикомеханических свойств с целью определения их качества. Наиболее приемлемой для этого механической характеристикой является трещиностойкость, определению которой в настоящее время уделяется большое внимание. Характерными особенностями попик ристаллических сверхтвердых материалов (ПСТМ) являются малые размеры заготовок, находящиеся в интервале от сотен микрон до несколь- 20 ких миллиметров, что не позволяет использовать для определения трещиностойкости этих материалов традиционные схемы нагружения и формы образцов. Высокие значения механических свойств и малые размеры образцов сверхтвердых материалов создают значительные трудности при внесении исходного инициатора разрушении — трещины в исследуемый образец для корректного определения трещиностойкости материала.

Известен способ подготовки образца при определении трещиностойкости крупких инструментальных материалов, заключающийся в том, что на испытуемый образец наносится дефект в виде надреза.

Затем образец с надрезом подвергается усталостному нагружению с целью получения усталостной трещины в вершине надреза. Данный способ применяется для определения трещиностойкости хрупких материалов типа твердых сплавов и ком позиционных материалов на их основе (твердый сплав с включениями алмаза), получаемых путем спекания и позволяющих изготавливать образцы достаточных размеров, например, в данном слу ) >

Д "» (" " о >,(>» ie

>"- 0».

>>Г >> ф О(1 (аЕ, » ",:, -,, (,>,! В фоэ}.;е (а»>У(>(!»> >(0(1}O{e., >

Д:- 1 - (.> (- >> >>а»»>Г) »>> . el!0006 lie } DI{(те> и> )и>>(e- е}. (:» я >0>цое>ае!{o ния тоещц }!Dc! OH

К-.;.-:Ц;- >П ><.н- "-.:; (1(H ЕСККХ СВЕР,::.ТВЕРДЬ(к

»»> >(>(ов пол < ч;.>< >>;.; г:.--. >>1» Г(! 1 га{» вь(—->

» 0> ос, . 1><:Е >>}>и П>> ТЕ(> > (ГЯ ">ОГО фаЗ ОВОI Э гере <; -д цри вы сэких дав>.el:,!H"; (70 кба р1

»>

1i Т> К ° < PË "I >P> (. ».» < > <.,>, 1(0!IР}Г IСP ГРаф)И-! >I i3 .. 0>(>о<(><(С; ац (1! IЕСК1(й дЛ}1>(ао. Таи КаК (>(! оазмсоы вя60>(e} зоlц (.l! > .(poòQ высокого цг(1>лоция,(((H!>l >1»c (e!(о> ате{п,ко раз}, .ер

ЗаГЭТЭВН l(ТаК?К>. Мал И Iree>IBCTOBI>ieT СО-"(>Ой(i,;(;(ò,;",(I< j <" р> с>1>(epo>>(1 = > и-gl>>e(p > > q >

ВЬ(С ОТ 0 =, >М>>< >(>I. }(1>1(!»> 1.;> " ; >ОМ< »;>1 »> Пэ»((ц (ЭИ<, - 1(Л"1>(ЕСК Ц>Е С — >» твердь! «{;>," Опали(об>(адаю 1(05{>!»{енной

»P",TT>К0СТ! 1<3 >(ТЭ >(Е{(аЕТ I(e 3<> ГМО>К!ЫМ 0»

Л<> Чe I(ЦЕ- >, r j а>Л,>С>ТЦЫХ Т»Е>>г;-и (1 =;-.; > 0>! <{цэ<:06 и )д! > КDBKI» браз на (11>!;: >((! >< > >э - . {!i(! >" jje(I(1(I: >> !(кэс I и KID1> 1ЛОВ, .>)К{1((й i (}(ЕСЕИ(Е

1>>>1 Dáгэ 1» l! K 1> >п><к ог»(рef{H<> свя,»!ц}1!» Q c

),>а.-001;Q F10 >f »» >воз >>а („-1-.. -: п»,1, >(<> ц>»>»>

"!-О< 1>(",. Г, ;-.ем 1 >0>, i!0 He r(;:,H >< эб с аз ц

<.»>!>,а}> = п>а;!!(ь(й сг{осэ(> !le (î> -.— быт>, ;(СП» Л .: .>," ; 0>(Я ОГ»)рос»((>1»< и ". O irHH<

ОHI ;(. > (Ог! "(к } >и> I »> ((" " » ;; >Г>р<"=

"-" г». -< .(:> к i(>(» ..<> . >:Г! .>1>>O!.OOP(r>I>

) 0 (c : oлл;1 (! кие "«<>Ох г><евдь>е ма Г»еГ)}{аль(П<;И 0110Е, Ie! Iэ(л(1(РЕ!Ц IНГ>.: . < Л< ОС i .(Х ОУЦ- >

g, p< }, > . p> "{! <, )-:,> п1 Очно свя(-зан=

:":(>го: ",:»-а - -.>Ои((,(->1»- г>б»-а кн> с >оя пол>гчают>, »>

) "» > (> ; > > " -.! >Г ) ..>Г>= r» — !r; т» -1»! Т - >ЧЛОВ>)й

<» Г » ц в ><0> >и>>ее 1 »е > 6Q и(-(ива(Я(цсм

o6>c>HIT÷>ь.(й <1азэ(}ьтй(п<-.ре;.;Од»(а териала Da..

18О(, 4

11=: ес.iiD { (э прц тепловом воздей<-òI>f(I(7(ii цэлцкрцсталлц (ескце сверхтвердые 1>1({те1>ца»(ь(, напр(0,(ер полцкристалли>ескцй а;({,(((з, проц<.ходцт обратнь(й фазсвый ".ерехэд алмаза в графит. Графит явJ1>!» (-c((1.{цлэпрэчнь((хрупк(гм материалом по <;равнению с алм((зом и поэтому мо»ке Г бит(, использован в качестве хрупкэгО слоя

Д;(я опреде;{е:.>ия кэ(>п>(чества энергии> необходимой цля полу(ения хрупкого прочно связанного»а по>II(Kp»c а.ц{ических

".<)О>рх -: в>е1)д>.(х ма! ерца{>ах цех од}р:, из к}цr > se !>) Температуры, прц кэторой

0-,11)viiхэдит обратный фазовый переход

;,.;:. Одна{(а эб>разца в хру><кий слой, на-т<1(д .Зр п)цп кристалла а;{((аза в графит. (, >>» С (>(0> >ТЭ ТЕ(<(ПЕРаТУРа ГРаф(тцза ц»маз» цч воздухе составляет Тк = У :-. .>;>(1 Г. }1 случае,. если в качест::); Л>>>(ого ЦС"ОЧ(1}а<а ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ н," -, »<" "я Газернэе цз;lучекие, необ0>>>г», .: „,,»1»>(e< i BD B »>э> 1»<> )асс>г}>тыва р - я » е а .-.< » )Г> } э <> ; -> ->(,> т —..., ф

> (- -

Ц ..-де 1 -- стациэ(>ар (ая температура в цен-Гр» (я > на >(а-,рер 1 д„-, ." неподви}{<. ! э-:.. ; истэч(1>(KB (1 1, 1(,10);

Г(, (и(О-,: нэ<-т} -,(>»>ц,-э<.>",(;. у»e" >, .(r!

:Эеффц:IHe(((.а цЭГ((0(поп}(я;.

Д»а;,(Ет(> СВ<>ТОВ >- -, »ЯТ(>а.

Г> тсг(>)оп овэдкость 1(а тер}<<ла. !. г,:.,(> -1 -- обн кй . 0-DK .",(<>!»Ккэстц лазерногО

;,.:,.",--(е кця A =- коэффициент (эгл»>шения

H :) >111K PI(C7O,IIIII>(e C:-:H K СВЕ РХТВЕРДЫХ

i}r(ci i (..((>1(00 Л = > > 7 >> . Л (O(UHDC I I> ИСТОЧ)п-,><а 1(экг(>(ько;! т<>п>овей(ене»-{.иц в дан1(ОМ С>Т>-(ae ЛаЗЕРа, O-H!»ЕДЕ: He>Ñ ПО фОР-ДО .-„,= 1,{(С((аД{ СвотОВОГО

1)ц e -е>(<-:;D ражена схема негру;. <(-: ",; 0:>-.<1(! !>а {п-,» .ц(эделении >peL>IH г<. }1:Ос.и 0{гцкристаглических сверхтвер»Ц>1,< ъ,- : >:, Е 01> O -,!»> В г бр>-, >eц Б форме диска с централь}(и!.,{ 1(адрезом 2 > по ко}1 туру которого

Эо(.O. . :Oò<0}r ХРУцкнй ПРОЧНО -.З{ЯЗаННЫй СЛОЙ

3 прс>ц{}г<рите> ь " 1(агружают радиальным усы(1(е.. :. равным 0.2-0,3 Р о, в результате чего в верьаинах нвдреза появляюттре(ниньi 4, которые проходят через .-(р>.-г(к}(й слой и останавливаются в мате1004

5 риале образца. После измерения длин трещин образец разрушают с регистрацией критической нагрузки. Появление трещин в вершинах надреза обусловлено тем, что максимальная концентрация напряжений при диаметральном сжатии диска с трещиной, расположенной по линии действия нагрузки, возникает именно в вершинах трещины.

При использовании другой формы об- 10 разца, например, типа балочки, необходимость в изготовлении предварительного надреза отпадает. В этом случае на поверхность образца воздействуют локаль ным источником тепловой энергии и получают на его поверхности полоску хрупкого прочносвязанного слоя и с помощью предварительного нагружения - трещину.

Пример. Образец из поликристаллического сверхтвердого материала мар- 20 ки Гексанит-P в форме диска диаметром 4,5 мм и толщиной 1,2 мм подвергают воздействию лазерного излучения на лазерной установке непрерывного действия на СО "Квинтет мощностью я.

150 Вт. Лазерное излучение фокусируется на образец с помощью линзы из КС с фокусным расстоянием F = 100 мм в пятно диаметром, равным 0,2 мм. При этом необходимая мощность лазерного из-30 лучения для получения хрупкого прочно

Гексанит - P

Гексанит — P

Гексанит — P

Гекса нит — Р

4,29

3,96

603

1,626

1,615

1,672

2,103

534

4,42

581

4,501 (данный способ оценки качества ПСТМ принят за базовый объект), предлагаемый способ позволяет определять конкретную характеристику качества ПСТМ -. трещиностойкосгь; снизить затраты на натурные испытания поликристаллических сверх50 твердых материалов. Например, замена испытаний только одного поликристаллического сверхтвердого материала Тексанит»Р на стойкость в процессе резания закаленных сталей на испытание заготовки режущего элемента с целью определения

55 трешиностойкости . этого материала дает экономический эффект около

1О(В руб. на партию (1000 шт.) резцов.

Предлагаемый способ подготовки образца по сравнению с прототипом позволяет определять корректные значения трещиностойкости (К ) m mобразцах nba поликристаллических сверхтвердых мат риалов, например, лопикристаллических алмазов и поликристаллов на основе нитрида бора.

Способ подготовки образца при определении трешиностойкости поликристалля ческих материалов позволяет в конечном итоге определять качество материала.

Учитывая, что в настоящее время качество поликристаллических сверхтвердых материалов определяется по результатам испытаний в процессе резания,.

806 6 связанного с материалом образца слоя равна 90 Вт. Она рассчитывается поформуле (3) исходя из того, что температура начала обратного фазового пере хода для этого материала на основе нитрида бора равна 1200 С.

Для определения количества энергии для получения хрупкого слоя на других сверхтвердых материалах необходимо знать температуры их обратного фазового перехода.

После получения хрупкого слоя, прикладывая к образцу нагрузку порядка

220 + 250 Н>получают трещины длиной не менее 0,05+0,1 мм. Нагружение производят на модернизированной испытательной установке ИМАШ 20-75 с регистрацией длины трещины с помощью микроскопа МВТ-71, позволяющего наблюдать за поведением образца в процессе нагружения. После измерения длины трешины образец нагружают до разрушения с регистрацией критической нагрузки.

Резупьт;ты определения трешиностойкости (К, ) для образцов из ГексанитаР с грещиной, полученной в результате разрушения хрупкого прочно связанного с материалом образца слоя в вершине надреза, приведены в таблице.

Формула изобретения

Способ подготовки образца при определении трещиностойкости хрупких материалов, включающий нанесение на образец хрупкого прочно r.вязанного с материалом образца слоя и получение трещины путем приложения к образцу нагрузки, отличающийся тем, что, с целью определения трещиностойкости сверхтвердых материалов, нанесение хрупкого прочно связанного с материалом образца слоя производят путем

04 АОР 8 локальногD воздействия тепловой Внер» гии в количестве, обеспечивающем обратный фазовый переход материала образца в создаваемый хрупкий слой.

5 Источники информации, принятые во внимание при акспертизе

1. Коноваленко Н. К. и др. Методика определения трешиностойкости сверхтвердых материалов пои высоких температурах. "Сверхтвердые материалы, 1 980, М 5, с. 29-34.

2. Авторское свидетельство СССР

% 892266, кл. Ъ 01 Й 1/28, 1978.

Составитель Л. Печипоренко

Редактор П. Горват Техред A.Áÿáèöåï Корректор Н. Король

Заказ 1869/52 Тираж 871 Подписное

1 1П1И!Ы Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Мосхва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5 1>илиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4