Способ исследования кинетики процесса микровдавливания — SU 1796999 (original) (raw)
)9) П 1 )"ч 3/42 1)5 Ия л. %7ристаллогра ючков и В.Д. Спиць ам оп- образи сущю являетики ора оп- образ- рхность т быть исики микро- образцы х механичеротверобразец еленнойпод наружают чен ного величидавлиженный ом опени т ин- бразпреде- нагрузцов и выталяет оп- давлиазца к ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ИСПРОЦЕССА МИК(57) Изобретениепри изучении ки О.С. и др, Физика процесирования, Кишинев: Штии др, Прибор для изучения са микровдавливания, Приэксперимента. - М.: Маш, СЛЕДОВАНИЯ КИНЕТИКИ РОВДАВЛИВАНИЯ может быть использовано нетики микровдавливания Изобретение относится к спосоределения механических параметроцов материалов примикроиндентировании и можепользовано для изучения кинетвдавливания индентора вматериалов при исследовании иских свойств.Известен способ измерения микдости материалов, по которому надавят алмазной пирамидой опредгеометрии, выдерживают инденторгрузкой определенное время, разгиндентор, измеряют размер полуотпечатка и по его размерам судят оне микротвердотсти материала обраОднако данный способ не позвоределять кинетику процесса микрования и способность материала об индентора в образцы материалов с целью получения кинетических характеристик этого процесса. Способ заключается в том, что в процессе вдавливания индентора в поверхность образца периодически на 3-5 с разгружают индентор и фиксируют высоту его подъема из образца, причем после каждой разгрузки снова вдавливают индентор в образец с первоначальной или другой нагрузкой, но при этом первую разгрузку индентора проводят через 5-10 с после начала вдавливания, а последующие разгрузки - через возрастающие промежутки времени между началами разгрузки индентора. В частности, промежутки времени между разгрузками могут возрастать в два раза. 4 ил. упругому восстановлению отпечаткаего упругопластические свойства,Наиболее близким по техническоности к предлагаемому изобретениется способ исследования кинпроцесса микровдавливания индентределенной геометрии в материал. вают индентор, выдерживают нагруиндентор определенное время, при этределяют глубину его внедрения от вредействия нагрузки, затем разгружаюдентор, фиксируя высоту подъема из оца разгруженного индентора.Однако этот способ позволяет олять только кинетику вдавливанияженного индентора в материал абране позволяет фиксировать кинетику1796999 нвхожденив инденторв в обрввце .1 Г ори ин кивания разгруженного индентора в процессе его вдавливания в зависимости от времени выдержки нагруженного индентора на поверхность образца, т.е. этот способ не позволяет исследовать упругопластические свойства материала образцов в зависимости от времени их индентирования,Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей способа исследования кинетики процесса микровдавливания нагруженного индентора в поверхность образца, а именно дополнительно к фиксированию кинетики процесса микровдавливания (другими словами - зависимости глубины внедрения ин.дентора от времени действия на него нагрузки) и кинетики восстановления отпечатка от внедряемого индентора в материале образца фиксировать зависимость величины быстрой релаксации отпечатка от времени действия нагрузки на индентор,Это дает возможность дополнительно определять упругопластические свойства исследуемых материалов от времени действия нагрузки на индентор, когда происходит значительная релаксация упругих напряжений в объеме образцов, создаваемых нагруженным индентором.Данная цель достигается способом исследования кинетики процесса микровдавливания, который заключается в том, что индентор периодически на 3-5 с разгружают, фиксируют высоту подьема индентора из образца, причем после каждой такой разгрузки его снова вдавливают в образец, при этом первую разгрузку проводят через 5-10 с после начала вдавливания, когда заканчивается процесс быстрого внедрения индентора, а последу 1 ощие разгрузки - через возрастающие, например, в 1,5-2 раза, промежутки времени между разгрузками индентора, Промежутки времени отсчитывают от момента нового приложения повторных нагрузок,На фиг,1 изображены зависимости глубины внедрения (1) инаентора при нагрузке на него 200 г ивысоты выталкивания индентора из монокристаллаГ при снятой с индентора нагрузке от времени, где 3 - точка момента времени снятия нагрузки с индентора, 6 и 8 - зависимости высоты быстрого и медленного выталкивания индентора из.образца соответственно, 10 - кривая повторного . внедрения индентора после повторного приложения нагрузки, 11,12 и 13 - зависимости глубины нахождения индентора в образце после снятия и приложения нагрузки через последующие промежутки времени; на фиг.2 - глубины быстром (5) и медленном (7) выталкивании индентора иэ монокристалла О= после снятия нагрузки в момент, обозначенный на кривой внедрения (2) индентора точкой (4), 5 9 - зависимость внедрения индентора в образецГ после его повторного нагружения; на фиг.З - зависимости высоты выталкивания индентора из образца Сз (кривая 16), цаС (кривая 14) и нержавеющей стали (кри вая 15) от времени выдержки индентора поднагрузкой в этих образцах; на фиг.4 - зависимости глубины внедрения индентора под нагрузкой 200 г в образцы Сз (17), ца С (18), ОР (19) и нержавеющей стали (20), а также 15 зависимости глубины нахождения индентора в этьх образцах после снятия с индентора нагрузки от времени, где 21;22,23,24 - кривые для образцов Сз, ИаС, ОЕ и нержавеющей стали соответственно.20 Предлагаемый способ основанна полученных экспериментальных данных, цто после кратковременных разгрузках индентора до 30 с, в результате которых разгруженный индентор поднимается из образца на 0,3-2,8 мкм.(в зависимости от материала и времени выдержки индентора под нагрузкой), последующее нагружение индентора приводит к дальнейшему его внедрению по ранее установившемуся закону. А это не 30 приводит к, потере информации о кинетикемикровдавливания индентора, но дает дополнительную информацию об упругопластичнь 1 х свойствах образцов в зависимости от времени и глубины внедрения нагружен ного индентора. Это поясняется зависимостями 1 и 2 на фиг,1 и 2 для монокристаллаЕ, За первые 5 с индентор быстро внедрился на 4,8 мкм, после этого начинается уменьшение скорости внедрения: за после дующие 5 с индентор внедрился только на0,4 мкм. Через 7 с после начала внедрения (поз.З и 4) сняли нагрузку 200 г с индентора, и быстрое выталкивание индентора из образца (восстановление отпечатка) произош ло за 3-5 с (поз.5 и 6) на величину 2,7 мкм.После этого промежутка времени происходит уменьшение скорости восстановления отпецатка, и за последующие 5 с индентор поднимался (поз,7 и 8) на величи ну не более 0,15-0,2 мкм, т,е. дополнительно поднялся еще на 7% первоначальной велицины Ь, что имеет порядок величины погрешности определения высоты подьема Ь индентора, Через 3 с после повторного 55. приложения на индентор нагрузки 200 г зависимости кинетики внедрения (поз,9 и 10) индентора выходят на прежний уровень, т,е.продолжают кривые 1 и 2.То же самое наблюдалось при разгрузкедентора церез 27 с (поэ,11, Ь = 0,81 мкм),1796999 15 20 25 30 35 40 5 мин (поз,12, Ь = 0,7 мкм), 10 мин(поз.13, Ь =- 0,6 мкм),Таким же образом достоверность предлагаемого способа разгрузки индентора с указанными интервалами времени экспериментально обоснована на кристаллах Сз (наименьшая энергия решетки), йаС (промежуточная энергия решетки в ряду щелочно-галлоидных кристаллов по сравнению с энергиями решеткиР и Сз), А и образцах нержавеющей стали, Эти образцы в совокупности моделируют широкий класс материалов.Последующие после первой разгрузки индентора проводят через возрастающие промежутки времени между разгрузками индентора. Плотность экспериментальных точек на зависимостях т от времени действия на образец нагрукенного индентора зависит от необходимой точности построения этой кривой и от определяемого участка зависимости. В первые 5 мин плотность точек, очевидно, должна быть выше для образцов свысокой энергией решетки (типа ИаС,Р и нержавеющей стали), Оптимальный выбор промекутков времени между разгрузками индентора в каждом конкретном случае определяется экспериментатором. Очевидно, что первые 3-4 разгрузки необходимо проводить чаще, а остальные реже. Если все же. разгрузки производить через одинаковые промежутки времени, например, через 5-10 с, 20 - 30 с или 1 - 2 мин, то ясно, что такой путь получения экспериментальных данных не рационален, Так, в первом и втором случаях экспериментальные точки будут слишком частыми, потребуют дополнительного времени, затянут и запутают эксперимент, а в третьем случае очевидна потеря информации на первых 1 - 3 мин эксперимента.Экспериментальные данные, представленные на фиг.3, получены с возрастанием времени между разгрузками индентора в 2 раза после каждой из этих разгрузок, т,е. Формула изобретения Способ исследования кинетики процесса микровдавливания, заключающийся в том, что в поверхность образца при заданной нагрузке внедряют индентор, выдерживают его определенное время, регистрируют глубину внедрения индентора, разгружают индентор и при этом регистинтервалы времени составляли: 7 с, 14 с, 28 с,56 с,2 мин,4 мин, 8 мин и т.д. Такой выбор интервалов оправдан формами кривых 14,15, а также подходит для типов кривых, 5 характерных для кристаллов с низкой энергией решетки, представленных зависимостью 16 для монокристалла Св,Промежуток времени 5-10 с до первойразгрузки от начала первого вдавливания 10 индентора выбран исходя из кинетики вдавливания индентора (поз.1, фиг.1), так как через 5 с заканчивается быстрое внедрение индентора, и можно начинать сбор информацииоб упругопластичных свойствах исследуемого материала, Увеличение первого промежутка времени от начала индентирования до первой разгрузки приводит к потере информации на начальном этапе медленного внедрения индентора, что. проверено экспериментально.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.Укрепляют на столике устройства образец материала, подводят к его поверхности индентор и прикладывают к нему нагрузку, например, 200 г. Фиксируют, например, на самописце КСПсигнал, пропорциональный глубине внедрения индентора, Через 5 - 1, с, например, 7 с, отключают нагрузку с индентора и фиксируют сигнал, пропорциональный высоте подъема индентора из образца, Через 3-5 с от момента разгрузки индентора снова прикладывают к индентору нагрузку, например, 200 г и продолжают фиксировать описанный сигнал. Через, например, 20 - 25 с от момента последнего прилокения нагрузки опять разгружают индентор, фиксируют сигнал и так далее с постоянным возрастанием промежутков времени. В результате этих операций одновременно получают информацию, представленную на фиг.3 и 4, что невозможно получить по способу прототипа,45 рируют его перемещение, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью;расширения функциональных возможностей, разгружение индентора производят периодически на 3 - 5 с, первую разгрузку индентора проводят через 5 - 10 с после начала внедрения, а последующие - через возрастающие промежутки времени между разгрузками индентора.О 10 О г Составитель А. СилаеТехред М.Моргентал Корректор М.Ткач Редакт Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 аказ 648 ВНИИПИ Тираж арственного комите 113035, Москва, Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб., 4/5