Спосіб підготовки зразка до досліджень металевого матеріалу на циклічну тріщиностійкість

1 Спосіб підготовки зразка до досліджень металевого матеріалу на циклічну тріщиностійкість, що включає операції шліфування поверхонь зраз ка, їх полірування, розмітку і створення вихідної тріщини, який відрізняється тим, що перед створенням вихідної тріщини на поверхню зразка наносять вакуум-плазменим методом покриття з металевого матеріалу, з більш високими характеристиками корозійної СТІЙКОСТІ ніж матеріалу досліджуваного зразка, а значення товщини зазначеного покриття встановлюють у межах від 0,5 до 1,0 мкм 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що як матеріал покриття використовують аморфний хром Пропонований спосіб відноситься до механічних досліджень металевих матеріалів на МІЦНІСТЬ, зокрема, до способів підготовки зразків до досліджень металевих матеріалів на циклічну тріщиностійкість в умовах статичного або циклічного нагрівання та механічного навантаження Найбільш близьким до пропонованого способу за технічною суттю є спосіб підготовки зразка до досліджень металевого матеріалу на циклічну тріщиностійкість в умовах статичного або циклічного нагрівання та механічного навантаження, що включає операції шліфування поверхонь зразка, їх полірування, розмітку і створення вихідної тріщини /РД 50 - 345 - 82 Расчеты и испытания на прочность Методы механических испытаний металлов Определение характеристик трещиностойкости при циклическом нагружении (Методические указания) -М Изд-во стандартов -1983 - 9 6 с / Недолік описаного способу полягає утому, що при візуальному контролі за розвитком тріщини в умовах статичного або циклічного нагрівання та механічного навантаження відбувається процес окислення поверхні зразка При тривалому проведенні випробувань при температурах більше 400°С утворюється шар окисленого матеріалу значної товщини внаслідок збільшення об'єму, який утворюючи окремі острівці які легко відокремлюється від поверхні основного металу, але залишається на ній Утворений шар окисної плівки своєю масою, внаслідок збільшення об'єму, перекриває тонку тріщину втоми на поверхні досліджуваного зразка і не дозволяє проводити надійне спостереження та вимірювання зміни її довжини за допомогою мікроскопа Коректно відслідковувати за розвитком тріщини важко, тому, особливо при температурах вище 400°С, достовірність одержаних даних падає У основу пропонованого винаходу поставлено задачу створення такого способу підготовки зразка до випробувань, який би дозволив підвищити достовірність результатів досліджень за рахунок створення умов, при яких поверхня зразка з вихідною тріщиною не окислювалась би під час експерименту і, в той же час, згадані умови не впливали б на достовірність результатів досліджень Поставлена задача вирішується пропонованим способом, який, як і відомий спосіб підготовки зразка до досліджень металевого матеріалу на циклічну тріщиностійкість в умовах статичного або циклічного нагрівання та механічного навантаження, включає операції шліфування поверхонь зразка, їх полірування, розмітку і створення вихідної тріщини, а, ВІДПОВІДНО до винаходу, перед створенням вихідної тріщини на поверхню зразка наносять вакуум-плазмовим методом покриття з металевого матеріалу, з більш високими характеристиками корозійної СТІЙКОСТІ ніж матеріалу досліджуваного зразка, а значення товщини зазначеного покриття встановлюють у межах від 0,5 до 1,0мкм Особливістю пропонованого способу є і те, що як матеріал покриття використовують аморфний хром 00 ю 47958 Нанесення покриття з металевого матеріалу, з більш високими характеристиками корозійної СТІЙКОСТІ НІЖ у матеріалу досліджуваного зразка дозволяє зменшити окислення поверхні зразка з вихідною тріщиною, а використання при цьому саме вакуум-плазменого метода дозволяє знизити вірогідність появи у зразка залишкових напружень та зміни структури поверхневих шарів Тому наявність такого покриття не впливає на достовірність експерименту Окрім того, авторами експериментальне визначена оптимальна товщина покриття Так при товщині покриття менше 0,5мкм під час багатогодинних експериментів при температурах вище 500°С покриття, внаслідок дифузії кисню із атмосфери через тонку плівку починає окислювати основний метал зразка і не дозволяє отримати коректні результати досліджень При товщині покриття більше 1,0мкм при дослідженні зразків товщиною (діаметром) 2 - Змм була зафіксована різниця між дослідженнями на зразках з покриттям і без нього, яка складала в середньому 5 - 6% Тому оптимальною є товщина покриття 0,5 -1,0мкм Приклад Готували зразки для випробувань металевих матеріалів на тріщиностійкість в ізотермічних та неїзотермічних умовах при простих видах деформування (розтягу-стиску) в малоцикловій області до 105 циклів при малоцикловихтермомеханічних навантаженнях в діапазоні температур від 20 до 600°С Циклічне механічне навантаження (м'яке або жорстке) здійснюється на електрогідравлічній машині УЕ-20 Армавірського заводу випробо вувальн их машин,, циклічне нагрівання з допомогою малогабаритної малошерцюнної печі електроопору, або методом пропускання електричного струму через зразок Охолодження звичайне шляхом передачі тепла через захвати та в атмосферу, або примусове - обдувом робочої поверхні зразка повітрям Діапазон механічних навантажень по зусиллям ± 200000кН, по деформації ± 5мм Спостерігання та вимірювання довжини тріщини втоми здійснювали за допомогою мікроскопа МБС-10 Для проведення експериментальних досліджень було проведено модернізацію випробовувальної електрогідравлічної машини УЕ-20, яка призначена для малоциклового навантаження зразків матеріалів та елементів конструкцій при кімнатній температурі по жорсткому або м'якому режимам Модернізація машини полягала в тому, що був розроблений спеціальний блок для керуванням циклічним нагрівом зразка синхронно або асинхронно його механічному навантаженню Для цього в блоці керування механічним навантаженням машини УЕ-20 сигнал управління активним захватом одночасно паралельно поступає в блок ке рування циклічним нагрівом зразка, який далі трансформується в сигнал управління напругою (через тиристорний блок) первинної обмотки трансформатора ОСУ-20, з другої обмотки якого напруга (2 - 4В) подається або на нагрівачі печі електроопору або на КІНЦІ випробуваного зразка при його нагріванні методом безпосереднього пропускання електричного струму При проведенні випробувань реєструють величини максимальної та мінімальної температури циклу, величину діючих на зразок навантажень, переміщення берегів тріщини по лінії дії сили, а також зростання тріщини по числу циклів Блок керування циклічним нагрівом має можливість змінювати амплггуду та фазу нагрівання зразка по відношенню до механічного навантаження Вимірювання температури здійснювали за допомогою термоелектроперетворювача ТХА з діаметром термоелектродів 0,2мм, які конденсаторним зварюванням приварювались на робочу поверхню зразка по лінії розвитку тріщини втоми Випробували зразки із сталі 40Х та із матеріалу роликів машин безперервного розлиття заготовок Маріупольського заводу "Азовсталь" - сталі 15Х13МФл та 25X1 М1Фл (матеріал верхнього та нижнього шару біметалічного бандажу ролика вищезгаданої машини) та сталь 25X1М1Ф - основний матеріал ролика Були виготовлені серії зразків із зазначених матеріалів з циліндричною робочою ділянкою з однаковими геометричними розмірами На кожному із зразків робочу ділянку шліфували, полірували, виконували розмітку і створювали вихідну тріщину Одна серія зразків була контрольна На зразки інших серій наносили покриття - аморфний хром - вакуум-плазменим методом Для кожної серії задавали товщину покриття 0,4, 0,5, 0,7, 1,0, 1,8мкм За результатами досліджень було виявлено, що при товщині покриття менше 0,5мкм під час багатогодинних експериментів при температурах вище 500°С покриття внаслідок недостатньої товщини кисень із атмосфери дифундує в основний метал зразка, утворюючи окисну плівку значної товщини, яка не дозволяє отримати коректні результати досліджень При товщині покриття більше 1,0мкм при дослідженні зразків товщиною (діаметром) 2 - Змм була зафіксована різниця між дослідженнями на зразках з покриттям і без нього Згадана різниця складала в середньому 5 - 6% Тому, оптимальною є товщина покриття від 0,5 до 1,0мкм На зразках з покриттям вдалося одержати більш достовірні характеристики тріщиностійкості особливо при температурах 500-700°С, за рахунок підвищення можливостей візуального контролю та вимірювання зростання тріщини втоми 47958 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71