Спосіб оцінки неоднорідності матеріалу конструктивного елемента

Реферат: Спосіб оцінки неоднорідності матеріалу конструктивного елемента містить операції вимірювання значень фізико-механічної характеристики матеріалу, визначення його неоднорідності за розподілом цієї характеристики. На поверхню конструктивного елемента за допомогою дряпаючого наконечника, який підтримують під постійним навантаженням, наносять подряпину, а за характеристику неоднорідності матеріалу приймають параметри розсіяння значень глибини чи ширини перерізу подряпини. UA 114126 U (54) СПОСІБ ОЦІНКИ НЕОДНОРІДНОСТІ МАТЕРІАЛУ КОНСТРУКТИВНОГО ЕЛЕМЕНТА UA 114126 U UA 114126 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до способів дослідження конструктивних елементів, а саме до способу дослідження неоднорідності матеріалу конструктивного елемента. Оцінка неоднорідності матеріалу є особливо актуальною при виготовленні відповідальних конструктивних елементів, які у процесі експлуатації піддаються дії сил тертя, чи працюють в умовах контактного термосилового навантаження. За ступенем неоднорідності матеріалу проводиться оцінка рівня пошкоджуваності матеріалу конструктивного елемента в процесі експлуатації виробу і визначається його залишковий ресурс. Відомі способи оцінки неоднорідності матеріалу за зміною вмісту в матеріалі хімічних елементів [А.с. 1786422 СССР, МПК 3 G 01N 3/08. Способ оценки поврежденности деформируемого материала /А.А. Лебедев, Н.Г. Чаусов, Л.В. Зайцева //Открытия. Изобретения. - 1992.- № 27.- С. 196]. Запропонований спосіб дозволяє на підставі проведення безперервного відрядкового аналізу хімічного складу матеріалу в досліджуваній області за основними елементами давати оцінку полів його неоднорідності. Проте, для реалізації відомого способу потрібна наявність спеціальної апаратури високої вартості - аналізаторів "Iсоl", мікроаналізаторів суперпроб "ISXA" та ін., які недоступні для широкого застосування. Із відомих способів оцінки неоднорідності матеріалу найбільш близьким за своєю технічною суттю є спосіб, що містить в собі операції вимірювання значень такої фізико-механічної характеристики матеріалу, як твердість, визначення його стану за параметрами розсіювання вимірюваних значень цієї характеристики [Деклараційний патент на винахід № 52107 А, Україна, МПК (2006) G01N3/00, G01N3/40 (2006.01). Опубл. 16.12.2002, бюл. № 12/2002]. Описаний спосіб є недостатньо інформативним, оскільки не для всіх матеріалів можна визначити поля їх неоднорідності. Так для матеріалів з нестабільними механічними характеристиками, наприклад листа з мідного сплаву, притаманне велика кількість невеликих за площиною полів неоднорідності, розмір яких не дозволяє зробити необхідну для реалізації способу велику кількість вимірювань твердості, оскільки, згідно до вимог Держстандарту на проведення вимірів твердості [наприклад, ГОСТ 22761-77. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия. М: Изд-во стандартов - 1989], відстань поміж центрами двох сусідніх відбитків не повинна бути менше чотирьох діаметрів відбитку. За допомогою відомого способу також неможливо провести оцінку стану матеріалу, наприклад, елементів з малою площею поверхні. Крім цього, продуктивність праці при проведенні оцінки неоднорідності матеріалу за відомим способом низька, тому що спосіб потребує для його реалізації проведення значної кількості вимірювань. В основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого способу оцінки неоднорідності матеріалу конструктивного елемента, який би дозволив проводити діагностику елементів, які виготовлені із структурно нестабільних матеріалів, елементів з малою площиною робочої поверхні, збільшити достовірність проведеної оцінки неоднорідності матеріалу і підвищити при цьому продуктивність праці. Поставлена задача вирішується тим, що містить операції вимірювання значень фізикомеханічної характеристики матеріалу, визначення його неоднорідності за розподілом цієї характеристики, згідно з корисною моделлю, за характеристику неоднорідності матеріалу приймають параметри розсіяння значень глибини чи ширини перерізу подряпини в процесі її нанесення на поверхні матеріалу дряпаючим наконечником, що знаходиться під постійним навантаженням. Відомо, що розсіювання характеристик властивостей матеріалу, притаманне всім матеріалам, але ступінь розсіювання залежить від ступеня неоднорідності його структури. Чим більше неоднорідність структури матеріалу конструктивного елементу, тим гірше його експлуатаційні можливості, тим більше розсіювання вимірюваних характеристик, що визначається відомими методами статистичного аналізу. Проведенні дослідження переконливо довели, що розсіювання глибини чи ширини подряпини добре корелюються з однорідністю матеріалу. Суть процесів, які проходять у відповідності з операціями запропонованого способу і їх послідовність полягають у наступному. На поверхні матеріалу безпосередньо на місці діагностики за допомогою дряпаючого наконечника, що знаходиться під постійним навантаженням, наносять подряпину. В процесі нанесення подряпини за допомогою електричного датчика переміщень, чутливий елемент якого зв'язаний з дряпаючим наконечником, проводять вимірювання по довжині подряпини значень глибини подряпини чи значень ширини перерізу подряпини після її нанесення за допомогою вимірювального приладу. Спосіб дозволяє отримати велику кількість точок замірів її розмірів навіть при малій площині поверхні, тобто при незначній довжині подряпини. За параметрами розсіювання отриманих значень розмірів подряпини шляхом порівняння з подібними значеннями розсіювання для 1 UA 114126 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 початкового стану матеріалу проводять оцінку його неоднорідності на даному етапі експлуатації конструктивного елемента. Проведення оцінки неоднорідності матеріалу конструктивних елементів за рахунок можливості отримувати велику кількість вимірів значень глибини чи ширини подряпини значно підвищує продуктивність праці при проведенні досліджень і підвищує при цьому достовірність оцінки. Приклад. Для оцінки неоднорідності матеріалу конструктивного елемента, що був виготовлений з алюмінієвого сплаву Діб у стані поставки і після термічної обробки. На його поверхні за допомогою дряпаючого наконечника, який знаходився під постійним навантаженням 30 Н, наносили подряпину довжиною 10 мм. Як дряпаючий наконечник використовували конусний алмазний індентор з кутом при вершині 90°. Поверхню матеріалу перед нанесенням подряпини полірували. В процесі нанесення подряпини дряпаючим наконечником, який був з'єднаний з чутливим елементом датчика переміщень, за допомогою комп'ютерної програми безперервно проводили реєстрацію значень глибини проникнення у матеріал дряпаючого наконечника. Це дозволило при незначній довжині подряпини отримати велику кількість замірів її глибини, що забезпечило значне підвищення достовірності оцінки неоднорідності матеріалу. Результати статистичної обробки за 150 вимірюваних значення глибини проникнення дряпаючого наконечника у досліджуваний матеріал відомим LM - методом твердості [див. деклараційний патент на винахід № 52107 А, Україна, МПК (2006) G01N3/00, G01N3/40 (2006.01). Опубл. 16.12.2002, бюл. № 12/2002] показали суттєву зміну коефіцієнтів гомогенності, які розраховують за розсіянням вимірюваних значень глибини подряпини і характеризують ступінь неоднорідності матеріалу після термічної обробки, порівняно з його значенням для стану поставки матеріалу, при незначній зміні абсолютних значень глибини - від 28 мкм до 33 мкм для матеріалу у стані поставки і від 15 мкм до 19 мкм після термообробки. Якщо абсолютні значення глибини подряпини змінилися відповідно на 1,2 % і 1,3 %, то коефіцієнти гомогенності для цих значень змінювалися на 18 % і 34 %. Чим більш високі значення коефіцієнта гомогенності, тим менша неоднорідність структури матеріалу після термічної обробки порівняно з її початковим станом. Наведені вище результати показують, що визначені значення глибини подряпини матеріалу самі по собі є малочутливими до неоднорідності матеріалу. Більш показним параметром стосовно інформативності і вірогідності є характеристики розсіяння абсолютних значень глибини подряпини, обсяг даних, які отримано в однакових умовах вимірювань. Більш високі значення коефіцієнта гомогенності вказують на поліпшення структури матеріалу після проведеної термообробки. Таким чином, даний спосіб дозволяє оцінити неоднорідність досліджуваного матеріалу за розсіюванням значень глибини чи ширини перерізу подряпини в процесі її нанесення на поверхню матеріалу, збільшити обсяг інформації про стан структури матеріалу, та підвищити при цьому достовірність оцінки і продуктивність праці. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб оцінки неоднорідності матеріалу конструктивного елемента, що містить операції вимірювання значень фізико-механічної характеристики матеріалу, визначення його неоднорідності за розподілом цієї характеристики, який відрізняється тим, що на поверхню конструктивного елемента за допомогою дряпаючого наконечника, який підтримують під постійним навантаженням, наносять подряпину, а за характеристику неоднорідності матеріалу приймають параметри розсіяння значень глибини чи ширини перерізу подряпини. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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