Спосіб визначення модуля пружності дифузійного покриття

Реферат: Спосіб визначення модуля пружності дифузійного покриття включає визначення параметрів відхилення зразків з покриттям і без покриття від початкового положення та його вирахування. Консольно защемлений зразок з покриттям на верхній площині та ідентичний зразок без покриття навантажують однаковим вантажем величиною Р, вимірюють відхилення кожного зразка від початкового положення. Записавши формули прогину консольної балки від сили Ρ для кожного із зразків з їх відношення та відношення прогинів, знаходимо приріст модуля пружності в дифузійному покритті, який змінюється по глибині за експоненціальним законом. Величину модуля пружності в будь-якій точці поперечного перерізу покриття визначають за формулою, що являє собою суму модуля пружності вихідного матеріалу і його приросту в дифузійному покритті. UA 104570 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ МОДУЛЯ ПРУЖНОСТІ ДИФУЗІЙНОГО ПОКРИТТЯ UA 104570 U UA 104570 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до вимірювальної техніки для визначення модуля пружності матеріалу дифузійних покриттів на виробі. Відомий спосіб визначення модуля пружності матеріалу покриттів на виробі [1], який полягає в тому, що в поверхню з покриттям з певною товщиною вдавлюють сферичний індентор з відомими пружними характеристиками і радіусом, записують діаграму зміни навантаження від глибини вдавлювання і для ділянки діаграми, що відповідає пружній деформації матеріалу покриття, розраховують модуль пружності матеріалу покриття Eпок з аналітичного співвідношення, що зв'язує узагальнений приведений модуль пружності зразка з покриттям E з товщиною покриття, геометрії контакту, пружними властивостями матеріалу основи і покриття, а також емпіричним параметром  . Недоліком цього способу є низька точність визначення величини модуля пружності матеріалу тонкого покриття, пов'язані з труднощами точного визначення області діаграми навантаження - вдавлювання, що відповідає пружній деформації тільки матеріалу покриття, а також низькою точністю визначення функції  , що враховує відмінність характеру розподілу тиску від Герцівського зі зміною відносної товщини покриття. Відомий спосіб визначення модуля пружності матеріалу покриття на виробі, що включає вимірювання товщини покриття, міцності і модуля пружності матеріалу основи виробу, встановлення виробу в мікротвердомір, за допомогою якого вдавлюють алмазний пірамідальний індентор Віккерса у виріб, на глибину, що перевищує товщину покриття, запис діаграми зміни величини навантаження з зміною глибини вдавлювання індентора [2, 3]. Недоліком цього способу є складність визначення величини модуля пружності матеріалу тонкого покриття, пов'язана з емпіричним характером визначення вагової функції. Найбільш близьким аналогом є спосіб визначення модуля пружності лакофарбової плівки адгезійного покриття [4] на металевій або іншій тонкій пружній, не більше 0,8 мм, пластинці постійної і відомої товщини і ширини полягає в тому, що спочатку пластинку, що горизонтально лежить на двох нерухомій і шарнірно рухомій опорах, навантажують по середині її прольоту і вимірюють її максимальний прогин, потім пластинку покривають з обох сторін шаром лакофарбового матеріалу однакової товщини, висушують покриття, вимірюють його товщину і знову навантажують пластинку по середині прольоту тим же вантажем і вимірюють прогин, після чого по різниці першого і другого прогинів розрахунковим шляхом за формулою визначають модуль пружності досліджуваної плівки. Недоліком даного способу є те, що він належить тільки до способів визначення модуля пружності лакофарбових плівок, і його достовірно можна застосовувати тільки при нанесенні плівки на металеві пластинки товщиною до 0,8 мм. В основу корисної моделі поставлена задача визначення модуля пружності дифузійного покриття. Поставлена задача вирішується тим, що в відомому способі визначення модуля пружності лакофарбових плівок, який включає визначення різниці параметра відхилення (прогину) від вихідного положення ідентичних плоских пластинок з покриттям та без покриття, що лежать на двох опорах, кожна з них по середині навантажується однаковою силою і за розрахунковою формулою визначається модуль пружності. Згідно з корисною моделлю, консольно защемлену пластину з дифузійним покриттям та ідентичний зразок без покриття навантажують однаковою силою P , що створює в зразках на віддалі L різні за величиною відхилення (прогини) зразків, вимірюють відхилення кожного зразка від початковогоположення Y2 азотованого і Y1 не азотованого зразків, записавши формули прогину консольної балки від сили P : Y1  PL3 / 3 E1Jz , Y2  PL3 / 3 (E1Jz  E2Jn ) і з відношення прогинів Y1 / Y2 знаходять: E2  E1Jz ( Y1  Y2 ) / Jn Y2 , (1) де - E1 модуль пружності матеріалу без дифузійного покриття; J z - момент інерції поперечного січення пластинки; E 2 - середнє значення приросту модуля пружності матеріалу 50 55 від нанесення дифузійного покриття; Jn - момент інерції поперечного січення дифузійного покриття. Модуль пружності дифузійного покриття змінюється по глибині за експоненціальним законом і його можна визначити в будь-якій точці поперечного січення покриття за формулою (2): Ei  E1  E2  e к( z  0,5h) /(h  z ) , (2) де K - коефіцієнт, що залежить від температури нанесення дифузійного покриття; Z віддаль від поверхні покриття до заданої точка і; h - товщина покриття. Приклад застосування 1 UA 104570 U 5 На пластину із сталі 45 шириною b  12 мм і товщиною h1  3 мм з одного боку наносилось дифузійне покриття методом іонного азотування за режимом (температура дифузійного насичення Τ=843°К, час насичення   4 год., тиск в вакуумній камері P  240 Па, середовище 75об. % Ν2+25οб. % Аr) і одержано азотований шар товщиною h  0,3 мм. Зразок консольно закріплявся до верху покриттям, протилежний кінець зразка на віддалі L  140 мм навантажувався силою P  25 Η і з допомогою лазерного датчика з великою точністю замірювалась стріла прогину кінця пластини Y2  2,656 мм. Аналогічно вимірювали стрілу 4 10 4 прогину Y1  2,874 мм для зразка без покриття. Після вирахування Jz  27 мм і Jn  6.5 мм за формулою (1) знаходилось середнє значення приросту модуля пружності дифузійного покриття E2  0,34E1 . За формулою (2) знаходимо модуль пружності в любій точці поперечного перерізу покриття, наприклад, на поверхні покриття Z  0 і E  E1  E2 e0,5к . При іонному азотуванні коефіцієнт де температура азотування. Тоді T K  950 / T , E  157 E1  157  2,1 105 МПа  3,3  105 МПа . , , На віддалі Z  h/2 від поверхні E  134 E1  2,8  105 МПа . , 15 20 25 30 35 Джерела інформації: 1. Спосіб визначення модуля пружності матеріалу покриття на виробі (RU 2489701). 2. J. Mencik D. Munz E. Quant E.R. Weppelmannand M.V. Swain. Determination of elastic modul softhin layer susing nanoindantation. J. Mater. Res., Vol. 12, No. 9, 1997, pp.2475-2484. 3. (Інститут прикладних проблем механіки і математики АН УРСР (72) М.Л. Козлов. (53) 531.781.2(088.8) (56) Авторське свідоцтво СРСР112 1133476, кл. G 01 В 5/30, 1983. (54) Спосіб визначення модуля пружності покриття). 4. Спосіб визначення модуля пружності лакофарбової плівки покриття (RU 2212646). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб визначення модуля пружності дифузійного покриття включає визначення параметрів відхилення зразків з покриттям і без покриття від початкового положення та його вирахування, який відрізняється тим, що консольно защемлений зразок з покриттям на верхній площині та ідентичний зразок без покриття навантажують однаковим вантажем величиною Р, вимірюють відхилення кожного зразка від початкового положення, записують формули прогину консольної балки від сили Ρ для кожного із зразків і з їх відношення та відношення прогинів знаходять приріст модуля пружності в дифузійному покритті, який змінюється по глибині за експоненціальним законом, а величину модуля пружності в будь-якій точці поперечного перерізу покриття визначають за формулою: Ei  E1  E2  e K( Z  0,5h) /(h  z ) , де E1 - модуль пружності матеріалу без дифузійного покриття, E 2 - середнє значення приросту модуля пружності матеріалу від нанесення дифузійного покриття (1), K - коефіцієнт, що залежить від температури нанесення дифузійного покриття; Z - відстань від поверхні покриття до заданої точка і; h - товщина покриття. 40 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2