close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9726

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 9726
(13) C1
(19)
G 01N 3/40
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОТПЕЧАТКА,
ПОЛУЧЕННОГО НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА
ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ЕГО ТВЕРДОСТИ
(21) Номер заявки: a 20050425
(22) 2005.04.27
(43) 2006.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт порошковой
металлургии" (BY)
(72) Авторы: Шипица Николай Александрович; Жарин Анатолий Лаврентьевич;
Дмитрович Александр Анатольевич;
Савич Вадим Викторович; Беляков
Андрей Викторович; Сарока Дмитрий
Игнатьевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) RU 2210755 C2, 2003.
SU 1825966 A1, 1993.
SU 767617, 1980.
GB 2084721 A, 1982.
US 4653106 A, 1987.
Жарин А.Л. и др. Метод исследования
поверхности металлов методом Кельвина. 4-й Белорусский семинар по сканирующей зондовой микроскопии. Сборник докладов. Гомель, 2000, - С. 22-26.
BY 9726 C1 2007.10.30
(57)
1. Способ определения параметров отпечатка, полученного на поверхности металла
при измерении его твердости путем вдавливания индентора, включающий сканирование
поверхности образца в области отпечатка источником инфракрасного излучения и регистрацию полученного сигнала приемником, обработку результатов измерений, отличающийся тем, что размеры отпечатка, включая область наплыва, измеряют путем сканирования
поверхности с отпечатком зондом Кельвина, регистрируют распределение контактной
разности потенциалов по поверхности образца, обработку результатов измерений ведут
Фиг. 1
BY 9726 C1 2007.10.30
путем построения трехмерной диаграммы распределения контактной разности потенциалов по поверхности образца, по которой определяют параметры отпечатка, причем линейные размеры области сканирования должны превышать диаметр отпечатка не менее чем в
10 раз, а регистрацию контактной разности потенциалов производят с шагом, равным не
более 0,1 диаметра отпечатка.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сканирование, регистрацию и обработку
результатов измерений проводят в автоматическом режиме.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерения размеров отпечатка по трехмерной диаграмме распределения контактной разности потенциалов по поверхности образца
проводят в двух перпендикулярных направлениях.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерения размеров отпечатка по трехмерной диаграмме распределения контактной разности потенциалов по поверхности образца
проводят в двух произвольно выбранных направлениях.
Изобретение относится к технической физике и может быть использовано, в частности
для контроля металлических материалов при определении их твердости.
Известен способ определения механических свойств металлов по параметрам отпечатка на поверхности металла, образующегося при определении его твердости по Бринеллю
путем вдавливания с постоянной скоростью сферического индентора в испытуемый металл с последовательной регистрацией силы давления и диаметра отпечатка индентора
после снятия нагрузки [1].
Недостатком данного способа является то, что при определении твердости металла в
процессе вдавливания индентора первоначальные размеры лунки от индентора несколько
больше, чем ее конечные размеры, когда после снятия нагрузки за счет эффекта упругого
последействия размеры лунки несколько уменьшаются в соответствии с индивидуальными механическими свойствами испытуемого металла. Поэтому данный способ имеет невысокую точность из-за невозможности оценить форму наплыва и его размеры, а также
размеры и форму области пластической деформации вокруг индентора.
При вычислении твердости учитывают только величину диаметра отпечатка индентора, полученного на поверхности металла после снятия нагрузки, и совершенно не учитывают параметра, образовавшегося на краю лунки. Вследствие этого снижается точность
определения не только твердости, но и такой важной характеристики металла, как пластичность. При многократных испытаниях различных металлов на твердость было установлено, что форма и высота наплыва зависят как от размеров индентора, силы давления,
так и от индивидуальных пластических свойств металлов, а окончательная зона наплыва
может достигать величины двойного диаметра индентора (фиг. 1). Форма и размеры области
пластической деформации около отпечатка сильно зависят от технологии изготовления,
вида предварительной обработки, изотропности образца. Например у текстурированных
образцов, область пластической деформации вытянута вдоль направления деформирования. Из фиг. 2 видно, что наибольшей пластической деформации подвержен участок металла в зоне действия индентора при действии нагрузки Р и радиальной нагрузки Рr, под
действием которой образуется наплыв.
Известен способ оценки твердости поверхности материала, включающий вдавливание
при заданном давлении зонда, расположенного на конце рычага атомного силового микроскопа в материал, уменьшение давления и отведение зонда, после чего поверхность материала сканируется, строится трехмерное изображение поверхности с углублением, по
которому определяются параметры отпечатка и рассчитывается твердость [2].
Недостатком данного способа является ограничение его применения. Метод может
быть реализован только на атомно-силовом микроскопе, оборудованном специальным
2
BY 9726 C1 2007.10.30
приспособлением. Невозможно применение для анализа параметров лунки, полученных
на стандартных твердомерах.
В качестве прототипа выбран способ определения параметров отпечатка, полученного
на поверхности металла при определении его твердости путем вдавливания индентора, в
котором параметры отпечатка определяют путем измерения конечной глубины отпечатка
с учетом высоты наплыва, образовавшегося на поверхности металла по периметру отпечатка,
высоту и форму наплыва измеряют путем сканирования поверхности образца в области
отпечатка индентора инфракрасным излучением источника и регистрации остаточного
излучения в результате потери части его от образовавшегося наплыва приемником [3].
Недостатками прототипа являются следующие. При определении твердости металла в
процессе вдавливания индентора возможен расчет высоты наплыва только в одной проекции. Прототип также имеет невысокую точность измерений гетерогенных и шероховатых
поверхностей вследствие неравномерности и случайного характера рассеяния инфракрасного излучения такой исследуемой поверхностью.
Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в повышении информативности, точности, надежности и достоверности измерений параметров
отпечатка, полученного на поверхности металла при определении его твердости путем
вдавливания индентора, по которым, в дальнейшем, рассчитывают механические свойства
исследуемого металла.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном способе определения параметров отпечатка, полученного на поверхности металла при измерении его твердости путем вдавливания индентора, включает сканирование поверхности образца в
области отпечатка источником и регистрации полученного сигнала приемником. Размеры
отпечатка, включая область наплыва, измеряют путем сканирования поверхности с отпечатком зондом Кельвина, регистрируют распределение контактной разности потенциалов
по поверхности образца, а обработку результатов измерений ведут путем построения
трехмерной диаграммы распределения контактной разности потенциалов по поверхности
образца, по которой определяют параметры отпечатка, причем линейные размеры области
сканирования должны превышать диаметр отпечатка не менее чем в 10 раз, а регистрацию
контактной разности потенциалов производят с шагом, равным не более 0,1 диаметра отпечатка. Кроме того, в предлагаемом способе можно проводить сканирование, регистрацию и обработку результатов измерений в автоматическом режиме. Измерения размеров
отпечатка по трехмерной диаграмме распределения контактной разности потенциалов по
поверхности образца можно проводить в двух перпендикулярных направлениях либо в
двух произвольно выбранных направлениях.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены на
фиг. 1. виды возможных форм области деформирования, на фиг. 2 - вид деформированной
кристаллической сетки и распределение эффективной пластической деформации в зоне
контакта, а на фиг. 3 - пример трехмерной диаграммы поверхности образца металла с отпечатком от индентора.
Способ определения параметров отпечатка, полученного на поверхности металла при
измерении его твердости путем вдавливания индентора, осуществляется следующим образом.
Берут образец исследуемого металла. Поверхность, на которой будут проводиться измерения, подвергается очистке и обезжириванию. Исследуемый образец помещают в любой стандартный прибор для измерения твердости по Бринеллю. Производят измерение
твердости стандартным методом, получают отпечаток, а затем образец с отпечатком от
индентора помещают на координатный столик прибора с зондом Кельвина. Производят
измерения контактной разности потенциалов в точках поверхности образца с шагом, который выбирают исходя из разрешающей способности датчика и размеров отпечатка. Шаг
должен быть не более 0,1 диаметра (диагонали) отпечатка. Разрешающая способность
3
BY 9726 C1 2007.10.30
датчика не менее 0,1 мм. Регистрацию контактной разности потенциалов можно проводить в автоматическом режиме. Область сканирования выбирают из условия, что линейные размеры области сканирования должны превышать диаметр (диагональ) отпечатка не
менее чем в 10 раз.
По результатам измерений КРП строят диаграмму, пример которой приведен на
фиг. 3. По диаграмме определяют параметры отпечатка: максимальный и минимальный
размер диаметра. Измерения параметров отпечатка можно проводить в двух перпендикулярных направлениях либо в двух произвольно выбранных направлениях. По полученным
данным в дальнейшем рассчитывают дополнительно к твердости другие механические
свойства металла.
При этом использование зонда Кельвина, по сравнению с прототипом, позволяет оценить форму и размеры области пластического деформирования материала вблизи отпечатка, что обеспечивает достижение поставленной цели.
При расчете твердости учитывают только величину отпечатка индентора, полученного
на поверхности металла после снятия нагрузки и совершенно не учитывают параметра,
образовавшегося на краю отпечатка (наплыва). Вследствие этого снижается точность определения не только твердости, но и такой важной характеристики металла, как пластичность.
При многократных испытаниях различных металлов на твердость было установлено, что
форма области деформирования около отпечатка зависит как от размеров индентора, силы
давления, так и от индивидуальных пластических свойств металлов, а окончательная зона
наплыва может достигать величины двойного диаметра индентора. Изменение контактной
разности потенциалов зависит от плотности дефектов в поверхностном слое, таким образом отклонение от среднего значения будет зависеть от степени пластической деформации
около отпечатка индентора.
Сканирование, регистрация и обработка результатов измерений в автоматическом режиме также способствует достижению поставленной технической задачи за счет повышения точности регистрации размеров области деформирования вблизи отпечатка.
Измерения размеров отпечатка по трехмерной диаграмме распределения контактной
разности потенциалов по поверхности образца можно проводить в двух перпендикулярных направлениях либо в двух произвольно выбранных направлениях.
В случае, если область деформирования (наплыва) имеет форму правильного круга
(элипса), области деформирования измеряют в двух перпендикулярных направлениях.
В случае, если область деформирования (наплыва) имеет сложную форму области деформирования измеряют в двух произвольно выбранных направлениях. Предлагаемый
способ прошел лабораторные испытания, показав высокую точность определения параметров отпечатка.
Предлагаемое изобретение позволяет не только повысить точность определения твердости и пластичности испытуемого металла, но и достаточно точно осуществлять экспресс диагностику и классификацию по механическим свойствам неизвестных образцов.
Пример
Для эксперимента использовали образцы алюминия в виде пластин размерами
20×50×10 мм. Поверхность, на которой будут проводиться измерения, подвергается очистке и обезжириванию в бензине. Исследуемый образец помещают в твердомер. Производят измерение твердости стандартным методом, получают отпечаток. Размер шарика
5 мм. Образец с отпечатком от индентора помещают на координатный столик прибора с
зондом Кельвина. Разрешающая способность датчика 0,1 мм. Выбираем шаг измерения
0,1 мм. Проводим регистрацию контактной разности потенциалов в автоматическом режиме. Выбираем область сканирования 25×25 мм. Область сканирования выбираем таким
образом, чтобы лунка находилась примерно в центре области сканирования.
По результатам измерений КРП строим диаграмму фиг. 3. На диаграмме по оси XY
координаты области сканирования. По диаграмме определяем параметры отпечатка.
4
BY 9726 C1 2007.10.30
Максимальный диаметр 7 мм, минимальный диаметр 5 мм.
Измерения параметров отпечатка проводили в двух произвольных направлениях.
Источники информации:
1. Берштейн М.Л., Заимовский В.А. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1979. - 494 с.
2. JP 5281119, 29/10, 1993.
3. RU 2210755 С2, G 01N 3/42, 24/10, 2001.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
380 Кб
Теги
by9726, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа