Спосіб визначення твердості матеріалу при температурі до 1100 грд с і вище на повітрі

1. Способ определения твердости материала при температуре до 1100°С и выше на воздухе, заключающийся в том, что при нагреве образца и индентора одновременно внедряют индентор в образец под действием постоянной нагрузки, отличающийся тем, что при измерении геометрических параметров отпечатка, учи тывают влияние 28203 Поставленная задача осуществляется тем, что согласно способу определения твердости материала при высокой температуре, заключающемуся в том, что при нагреве образца и индентора одновременно внедряют индентор в образец под действием постоянной нагрузки, при измерении геометрических параметров отпечатка, по которым определяют твердость материала, учитывают влияние поверхностного окалинообразования по контрольным отпечаткам, полученным при комнатной температуре до нагрева. Для повышения точности испытания на поверхности испытываемого образца, после нагрева и вдавливания индентора, изготавливают микрошлиф, и геометрические параметры полученного отпечатка измеряют с помощью оптического микроскопа, толщину снятого слоя материала учитывают при этом по контрольным отпечаткам. Кроме того, возможен вариант, согласно которому геометрические параметры полученного отпечатка измеряют с помощью оптического микроскопа в поляризованном свете, без предварительного изготовления микрошлифа на испытываемой поверхности образца. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. На плоскости испытываемого образца, в которую предполагается вдавливать индентор при замере твердости материала, предварительно изготавливается микрошлиф. Указанная плоскость должна быть параллельной противоположной ей базовой. Образец устанавливается на стол твердомера, производится несколько контрольных вдавливаний индентора в испытываемый образец при комнатной температуре, согласно способу Виккерса, после чего при помощи оптического микроскопа измеряются геометрические параметры полученных отпечатков и определяется среднее значение длины диагонали (d1). Затем нагревают образец и индентор и одновременно под действием постоянной нагрузки внедряют индентор в образец. Так как алмаз горит на воздухе при высокой температуре, используют индентор из корунда (синтетический рубин или сапфир) с углом a=136° между гранями при вершине (по методу Виккерса по ДСТУ 2434-94/. При необходимости можно произвести несколько уколов и, соответственно, определить твердость материала при различных температурах, то есть установить зависимость твердости от температуры за один цикл нагрева испытуемого образца. В этом случае нагружение индентора каждый раз производится при температуре предыдущего определения твердости, после чего индентор и образец нагреваются до следующей температуры определения твердости испытуемого материала. Для сравнимости получаемых результатов время вдавливания нагруженного индентора при температуре испытания регламентируется. После проведения испытания индентор отводят от образца, образец снимают со стола твердомера и охлаждают на воздухе до комнатной температуры. На испытываемой поверхности образца изготавливают микрошлиф, применяя при этом обра ботку только тонкими абразивами для того, чтобы снять окалину с минимальным слоем металла. При помощи оптического микроскопа, с точностью до 1 мкм, определяются геометрические параметры контрольных отпечатков, полученные после нагрева испытываемого образца и изготовления микрошлифа на его поверхности, и определяется среднее значение длины диагонали (d2). Далее на изготовленном микрошлифе, при помощи оптического микроскопа, с точностью до 1 мкм, определяются геометрические параметры отпечатков, полученных при заданной температуре замера твердости, и определяется их среднее значение длины диагонали (d'). Истинное значение средней длины диагонали отпечатков, полученных при заданной температуре замера твердости (d), определяется как сумма среднего значения длины их диагонали, определенного на микрошлифе (d') и поправки (Dd), учитывающей влияние поверхностного окисления материала образца при его нагреве до температуры замера твердости и толщину слоя, снятого при шлифовании. d=d'+Dd, Dd=d1- d2. Возможно также определение длины диагонали полученного отпечатка (d') на оптическом микроскопе в поляризованном свете, без предварительного изготовления микрошлифа на испытываемой поверхности образца. Тогда поправка (Dd) учитывает, соответственно, влияние только поверхностного окисления материала образца при его нагреве до температуры замера твердости. Согласно предлагаемому способу: - нагружение индентора при температуре ниже температуры определения твердости, когда материал обладает более высокой твердостью, позволяет избежать возможных погрешностей от некоторой динамичности при приложении нагрузки к индентору; - обмеры контрольных отпечатков до и после нагрева позволяют исключить влияние поверхностного окалинообразования на точность испытаний; - применение оптического микроскопа позволяет повысить точность измерения длины диагонали полученного отпечатка. При этом по контрольным отпечаткам учитывается толщина слоя материала, снятого при изготовлении микрошлифа. Проводили замеры твердости при различных температурах на образце, изготовленном из жаропрочной хромоникелькремнистой стали, содержащей (мас. доля, %): углерода - 0,16; хрома 20,8; никеля - 15,15; кремния - 2,11; марганца 0,54; титана - 0,08; алюминия - 0,05; серы - 0,016; фосфора - 0,007; железа - остальное. В таблице приведены значения твердости указанной стали, установленные, соответственно, с учетом и без учета влияния поверхностного окисления на геометрические параметры полученных отпечатков. Приведенные данные свидетельствуют о том, что при повышении температуры определения твердости испытываемой жаропрочной стали на воздухе ошибка измерения от поверхностного окисления нарастает в геометрической прогрессии и при температуре 1120°С достигает 14,6%, что 2 28203 превышает допустимый уровень погрешности инженерных измерений (10%). Для обычных (углеродистых) сталей ошибка определения твердости от поверхностного окалинообразования еще бо лее существенна. Предлагаемый способ позволяет исключить указанную погрешность и существенно повысить точность производимых замеров горячей твердости на воздухе. Таблица Температурная зависимость твердости жаропрочной хромоникелькремнистой стали Способ определения твердости С учетом влияния поверхностного окисления (по изобретению) Без учета влияния поверхностного окисления Погрешность изабсолютная, МПА мерения от поверхотносительная, % ностного окисления 20 Твердость стали, МПа, при температуре, °С 200 400 600 800 975 1120 2120 1845 1456 1309 925 570 272 2120 1845 1454 1305 914 553 242 0 0 2 4 9 17 30 0 0 0,1 0,3 1,0 3,0 14,6 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3