Спосіб визначення коефіцієнта пуассона

Спосіб визначення коефіцієнта Пуассона , який включає визначення модуля Юнга Е, який відрізняється тим, що випробуваний матеріал піддають індентуванню твердим індентором у вигляді правильної піраміди при безперервному вдавленні з побудовою діаграми "навантаження - переміщення індентора", по якій визначають характеристику пластичності A, як відношення площі між гілками навантаження - розвантаження до загальної площі під кривою навантаження, визначають твердість по Мейєру НМ, як відношення навантаження до площі проекції відбитка індентора на контактній поверхні, а величину коефіцієнта Пуассона  розраховують по формулі:   n(sin  )   0,25  9,0  8,0Е(1   А )  1,   НМ   де  - кут між віссю й бічною гранню піраміди. Винахід, що заявляється, стосується області механічних випробувань матеріалів і може бути використаний для визначення коефіцієнта поперечної деформації (коефіцієнта Пуассона ) як масивних матеріалів, так й окремих фаз, структурних складових і покриттів. Відомий спосіб визначення коефіцієнта Пуассона , що полягає у виготовленні з випробуваного матеріалу деталі зразка для випробувань на розтягання (стиск) і наступного його випробування. У цьому випадку коефіцієнт Пуассона  розраховують, як відношення відносного поперечного звуження (розширення) до відносного повздовжнього подовження (стиску) за ГОСТ 1497-84 "Методы испытаний на растяжение". Зазначений спосіб має такі недоліки: - високу трудомісткість через необхідність виготовлення й наступного випробування зразка, установленої форми; - неможливість використати спосіб при стовідсотковому контролі деталей; - неможливість використати спосіб для деталей малих розмірів; - неможливість визначати коефіцієнт Пуассона  окремих фаз, структурних складових і покриттів; - низьку точність при випробуванні малопластичних матеріалів. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб визначення коефіцієнта Пуассона  з використанням динамічних методів випробування (см. Кузьменко В.А. Звуковые и ультразвуковые колебания при динамических испытаниях материалов К.: Изд-во АН УССР. - 1963. - с.39-40) по формулі: E  1 , (1) 2G де Е - модуль Юнга (модуль пружності першого роду, або модуль нормальної пружності, або модуль пружності при розтяганні); G - модуль зсуву (модуль пружності другого роду). Недоліками способу є: - необхідність попереднього визначення як модуля пружності Е, так і модуля зсуву G; (19) UA (11) 93248 (13) (21) a200814568 (22) 17.12.2008 (24) 25.01.2011 (46) 25.01.2011, Бюл.№ 2, 2011 р. (72) БЯКОВА ОЛЕКСАНДРА ВІКТОРІВНА, МІЛЬМАН ЮЛІЙ ВІКТОРОВИЧ, ВЛАСОВ АНДРІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, ДУДНИК ОЛЕКСІЙ ОЛЕГОВИЧ, ЮРКОВА ОЛЕКСАНДРА ІВАНІВНА (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМ. І.М. ФРАНЦЕВИЧА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU 1176209 A, 30.08.1985 UA 61457 A, 15.11.2003 RU 2296972 C1, 10.04.2007 RU 2141638 C1, 20.11.1999 US 2005103120 A1, 19.05.2005 TW 524976, 21.03.2003 US 2001049967 A1, 13/12/2001 Кузьменко В.А. Звуковые и ультразвуковые колебания при динамических испытаниях материалов К.: Изд-во АН УССР, 1963. - С.39-40 C2 1 3 93248 4 - неможливість визначення коефіцієнта Пуастеристики пластичності A, як відношення площі сона  окремих фаз, структурних складових і покміж гілками навантаження - розвантаження Ар до риттів. загальної площі під кривою навантаження Суть винаходу полягає в тому, що у знаному (А=Ар+Ае) по формулі: способі, за яким визначають модуля Юнга Е, з Aр Aр A   , (4) урахуванням якого розраховують коефіцієнт ПуаA Ap  A e ссона, згідно винаходу випробуваний матеріал де Ар - площа між гілками навантаження - ропіддають індентуванню твердим індентором у звантаження, що характеризує роботу, яка затравигляді правильної піраміди при безперервному чена на пластичну деформацію; вдавленні з побудовою діаграми "навантаження Ае - площа під гілками розвантаження, що переміщення індентора", по якій визначають хахарактеризує роботу, яка затрачена на пружну рактеристику пластичності A, як відношення деформацію. площі між гілками навантаження - розвантаження Після цього визначають площу проекції віддо загальної площі під кривою навантаження, битка індентора на контактній поверхні, а твервизначають твердість по Мейеру НМ, як віднодість по Мейеру НМ розраховують по формулі: шення навантаження до площі проекції відбитка P індентора на контактній поверхні, а величину коНМ  , (5) ефіцієнта Пуассона  розраховують по формулі: S де Р - зусилля вдавлення в Н;   n(sin  )   0,25  9,0  8,0Е(1   А )  1, (2) S - площа проекції відбитка на контактну по  НМ   верхню. Для точного й експресного визначення площі де  - кут між віссю й бічною гранню піраміди. під гілками навантаження - розвантаження викоПри розробці цієї формули виходили з рівнористовують стандартні комп'ютерні програми. сті характеристики пластичності A визначеної по Потім визначають коефіцієнт Пуассона  по діаграмі "навантаження - переміщення індентора" формулі (2). (Фіг.) і характеристики пластичності Н (A=Н), Приклад визначеної при статичних випробуваннях на мікВизначення коефіцієнта Пуассона  проворотвердість (Yu.V. Milman, S. Dub, A. Golubenko дили на карбідних покриттях Nb й Ті, на гальваніPlasticity characteristics obtained through чному хромовому покритті, отриманому електроinstrumental indentation, Mater. Res. Soc. Symp. літичним шляхом, а також на полікристалічних Proc. Vol.1049, 2008). зразках титану й алюмінію й на монокристалі При цьому: кремнію. Карбідні покриття наносили на зразки, НМ 2 H  1  (1    2 ) , (3) які були виготовлені зі сталі У8А, по способу, Еn(sin  ) описаному в А.С. СРСР №711782, Б.И. 1980, №3 (Yu.V. Milman, B.A. Galanov, S.I. Chugunova. (Способ получения карбидных покрытий на повеPlasticity characteristic obtained through hardness рхности металлов и сплавов / Лоскутов В.Ф., Хиmeasurement, Acta metall. mater., v.41. No.9, 1993, жняк В.Г., Бякова А.В.) Хромове покриття наноp.2523-2532). сили електролітичним методом за стандартною Відмітними ознаками винаходу є те, що впетехнологією на високоміцний чавун. рше для визначення коефіцієнта Пуассона заМодуль пружності Е хрому, титану, алюмінію, пропоновано використати метод індентування кремнію, а також карбідів титану й ніобію визнатвердими інденторами у вигляді правильної пічали на масивних зразках динамічним методом раміди, що дозволяє визначати коефіцієнт Пуаспо власній частоті коливань (И.Н. Францевич, сона окремих фаз, структурних складових і покО.А. Чехова Сб. Вопросы порошковой металлурриттів. гии и прочности материалов. Изд. АН УССР, 6, Спосіб, який заявляється, реалізують таким 36, 1958). Характеристику пластичності A визначином. Попередньо, будь-яким відомим незалежчали по ISO 14577 при безперервному вдавленні ним способом знаходять модуль Юнга Е випростандартного алмазного індентора Берковича з буваного матеріалу. Потім у цьому матеріалі провикористанням приладу "Nano Indenter II" і побуводять безперервне вдавлювання твердого довою діаграми в координатах "навантаження індентора у вигляді правильної піраміди з побупереміщення індентора" по формулі (4). Розрахудовою діаграми в координатах "навантаження нок твердості по Мейеру НМ проводили по форпереміщення індентора" (Фіг.). По діаграмі відпомулі (5). відно до ISO 14577 й Yu.V. Milman Plasticity characteristic obtained by indentation, J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) визначають величину харак 5 93248 6 Таблиця Пропонований спосіб Випробуваний матеріал Покриття NbC Покриття ТіС Покриття Сr Полікристал Ті Полікристал Аl Монокристал Si Е, ГПа A НМ, ГПа  420 452 202 120 70 169 0,52 0,37 0,69 0,89 0,96 0,50 28,40 35,7 11,7 2,85 0,66 11,9 Довідкові дані С 0,213 0,164 0,298 0,329 0,345 0,213 У цій же таблиці для порівняння наведені значення коефіцієнта Пуассона С, які були узяті з довідкової літератури для покриттів NbC, ТіС і Сr (И.Н. Францевич, Ф.Ф. Воронов, С.А. Бакута Упругие постоянные и модули упругости металлов и неметаллов. Киев: Наукова думка, 1982. - 286 с.), а також для полікристалів Ті, Аl і монокристалу Si, які були розраховані за прототипом. Як видно з таблиці, погрішність при визначенні коефіцієнта Пуассона  становить не більш як 9 %. Таким чином, пропоноване рішення дозволяє розширити області використання способу за рахунок можливості проведення випробування малих Комп’ютерна верстка А. Рябко 0,220 0,170 0,310 0,360 0,356 0,223 Погрішність     100 , %  3.2 3,5 3,9 8,6 3,1 4,5 по розміру об'єктів, наприклад, покриттів, окремих фаз і структурних складових, знизити трудомісткість за рахунок виключення необхідності визначення модуля зрушення G, підвищити точність при випробуванні мало пластичних матеріалів. Результати експериментальної перевірки свідчать про придатність способу для практичного використання в дослідницьких цілях для оцінки механічних властивостей виробів, а також у промисловому виробництві, зокрема в машинобудуванні і металургії. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601