Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Материаловедение

Диссертационная работа:

Калмакова Анастасия Викторовна. Исследование физико-механических свойств материалов методом кинетического индентирования с использованием автоматизированного комплекса : Дис. ... канд. техн. наук : 05.02.01 Москва, 2006 224 с. РГБ ОД, 61:06-5/1549

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 4

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. АНА4ЇИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕ- 10
ЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

  1. Статические методы определения твердости и приборы 11

  2. Динамические методы определения твердости и приборы 31

  3. Специальные методы определения твердости и приборы 36

  1. Электрические и магнитные методы 3 6

  2. Контактно-ультразвуковой метод (UCI) и приборы 38

  3. Метод наблюдения через индентор (ТІV) и приборы 40

1.4. Метод кинетического индентирования (DSI) 41
1.4.1. Приборы для исследования материалов методом DSI 48

Выводы 50

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ 51

  1. Материалы для исследования 51

  2. Методы металлографических и рентгенофазовых исследований 52

  3. Характеристика выбранных материалов 54 Выводы 65 ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕ- 66 ДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КИНЕТИЧЕСКОГО ИНДЕНТИРОВАНИЯ

3.1. Диаграмма вдавливания "нагрузка на индентор Р - глубина от- 66
печатка h - время t" .

  1. Разработка автоматизированного комплекса для получения 69 трехпараметрической зависимости P-h-t

  2. Описание программы для исследования материалов методом 109 кинетического индентирования.

3.4. Методика расчета физико-механических свойств материалов 119
методом кинетического индентирования на основе двух и трехмерного
анализа

  1. Получение данных с каналов Р, h, t 120

  2. Использование сглаживания графиков 120

  3. Расчет невосстановленной твердости Hvh 120

  4. Расчет модуля Юнга Е 123

  5. Анализ скорости внедрения индентора в материал Ah(t) 123

  6. Влияние скорости деформации на твердость 124

  7. Расчет активационного объема Va 124

  8. Оценка гистерезисных потерь 125

  9. Расчет коэффициента вариации твердости V(h) 125

3.5. Использование поликристалла меди в качестве эталонного ма- 128
териала при кинетическом индентировании

Выводы 138

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ВЯЗКОСТИ РАЗ- 140
РУШЕНИЯ ВОДОРОДАККУМУЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

  1. Введение в проблемы разрушения и трещиностойкости 140

  2. Обоснование показателя трещиностойкости 144

  3. Экспериментальная тарировка методики 147

  4. Изучение микротвердости кермета АЬ20з-АЬ, полученного ре- 159 акционным спеканием алюминия

Выводы 167

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 168

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 170

ПРИЛОЖЕНИЯ 179

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

S - истинное (нормальное) напряжение при растяжении <7 - условное напряжение при растяжении е - относительное удлинение S - относительное удлинение Ч* - относительное сужение образца при растяжении

Н - микротвердость, измеренная пирамидой Виккерса по площади восстановленного (разгруженного) пластического отпечатка (восстановленная микротвердость)

h, Ah - глубина отпечатка, высота валика выдавленного материала (навала) HV, НМ, НВ, НК, Нл - твердости соответственно по Виккерсу, Мейе-ру, Бринеллю, Кнуппу, Берковичу

Hh - микротвердость, измеренная пирамидой Виккерса по глубине h невос-становленнонго отпечатка (невосстановленная микротвердость). HVh, НМь HBh, HKh, Hah - невосстановленные твердости, измеренные по глубине отпечатка под нагрузкой

т, т* - степенной показатель при описании соответственно диаграмм твердости (разгружение) и растяжения п = 2 + т* - степенной показатель Мейера

Р, Ро, Pi - нагрузки на индентор соответственно общая, предва-

рительная, основная

b - временное сопротивление (условный предел прочности при растяжении)

аТ - предел текучести

8, 8ъ - деформация, равномерная деформация Е* - приведенный (контактный) модуль упругости при вдавливании Е - модуль упругости (Юнга) Еі - модуль упругости индентора

Введение к работе:

Актуальность и постановка задачи

В настоящее время испытание индентированием находится на этапе интенсивного развития. Доказательством этому является ряд обзорных работ [66, 46, 90, 81, 82] и работ основополагающего характера [1-10]. Испытания индентированием, как способы неразрушающего контроля, охватывают в настоящее время области макро- микро- и наноиндентирования. Линейный размер очага пластической деформации при этом изменяется более чем в 1x10 раз, а объем - более чем в 1x10 раз. Результаты сопротивления пластической деформации в этом интервале масштабов ее локализации становятся зависимыми от структуры материала соответствующего масштаба. Сопротивление вдавливанию в виде твердости становится, кроме того, зависимым от скорости истинной деформации и характеризует кинетику процесса.

Нано- и микроиндентирование становится эффективным инструментом в решении многообразных проблем пластической деформации и разрушения, прогноза надежности и ресурса изделий машиностроения, работающих в условиях износа, усталости, динамических и ударных нагрузок, в условиях низких температур и хрупкого разрушения широкого круга материалов, используемых в машиностроении.

В XX столетии массовые испытания индентированием ограничивались, как правило, измерениями микротвердости и твердости. Если сравнить такое испытание с испытанием на растяжение, то твердость фиксирует лишь одну точку на этой диаграмме с координатой напряжения и деформации. Характер диаграммы растяжения оставался неизвестным.

Все известные на сегодняшний день методы и технические средства оценки состояния исследуемых материалов не соответствуют современным требованиям. Для решения этих проблем требуется разработать программно-аппаратный средства, позволяющие в широком диапазоне нагрузок, твердостей материалов и времени воздействия на исследуемый материал проводить

испытания физико-механических свойств материалов методом кинетического индентирования. Для управления процессом исследования и обработки полученных данных использовать ЭВМ с соответствующим программным обеспечением. Для получения достоверных характеристик свойств материалов необходимо осуществлять калибровку параметров Р, h с учетом реальной геометрии индентора при настройке комплекса.

Твердость HMh, измеряемая по диаграмме P-h, не совпадает с традиционной твердостью ЕМ как средним контактным давлением по фактической площади контакта индентора с образцом. Поэтому важнейшей задачей для практики кинетического индентирования является обоснование методологии пересчета твердости HMh в твердость ИМ.

Термин «кинетическое индентирование» использован исследователями школы Ю.И. Головина [5-8]. Испытания в области наноиндентирования, сопровождающиеся несущественными погрешностями измерений, дадут в конце концов ответ на вопрос о теоретической прочности и влиянии реальной кристаллической (не изотропной) структуры материала (ОЦК, ГЦК, ГПУ и др.) на макроскопическую прочность, гарантированную в рыночных оценках как надежность и долговечность изделия.

Актуальность диссертационной работы подтверждается выполнением в рамках ведомственной научной программы 2005г. Минобразования РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» проекта «Разработка программно-аппаратного комплекса для определения физико-механических и эксплуатационных свойств материалов и изделий методом кинетического индентирования».

Постановка задачи исследования. Основной задачей данной работы является разработка и изготовление автоматизированного комплекса по кинетическому индентированию, позволяющему определять физико-механические свойства материалов, адекватность которых подтверждена

экспериментами, проведенными на модельных материалах свойства которых известны.

Цель работы: Исследование физико-механических свойств материалов методом кинетического индентирования с использованием автоматизированного комплекса, новых методов преобразования информации и разработка методики оценки коэффициента трещиностойкости {Кіс ) по диаграмме P-h, которая исключает не только необходимость измерения длины трещин в зоне отпечатка, но и, что особенно ценно для непрозрачных материалов, позволяет оценить К для материалов, не образующих такие трещины.

Для достижения указанной цели нужно решить следующие задачи:

1) разработать автоматизированный комплекс для трехпараметрического
анализа диаграммы вдавливания "нагрузка на индентор Р - глубина отпечат
ка/г - время /";

  1. разработать более информативные методы преобразования сигналов с датчиков Ри/г;

  2. разработать аппаратно-программные средства для получения минимальных погрешностей измерений в области малых сигналов;

  1. разработать аппаратно-программные средства для автоматической настройки автоматизированного комплекса с целью исключения погрешностей дестабилизирующих факторов, таких как вибрация, температурная нестабильность, влажность, скачки питающего напряжения и т.д.;

  2. разработать методику автоматизированного двухмерного анализа диаграммы вдавливания "нагрузка на индентор Р - глубина отпечатка /г";

  3. разработать программное обеспечение для управления комплексом при проведении исследований по заданному алгоритму;

  4. разработать методику и программу расчета для паспортизации материалов;

  5. провести модельные эксперименты, сопоставить расчетные данные с экспериментальными.

В качестве объектов исследования выбраны широко применяемые в ряде отраслей промышленности материалы, входящие в диапазон твердостей 0,1-ЯО ГПа. Среди них:

керметы систем АІ2О3-АІ, АІ20з-АІ-силикатное стекло;

водородаккумулирующие материалы, образующие трещины при инден-тировании, следующих составов: LaNi5, TiCr^s и ZrQjTi0tiMn2 (выбор данных составов обусловлен также их практическим значением);

бескислородная ультрадисперсная медь, полученная в результате процесса вакуумного осаждения, используемая в качестве эталона;

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций. сформулированных в диссертации, обеспечивается сопоставлением их с экспериментальными данными, использованием классических методов исследований и применением современной вычислительной техники.

Методы исследования, применяющиеся в диссертационной работе, включают исследование материалов методом кинетического индентирования и традиционной микротвердости. В программном обеспечении используются многофункциональные преобразования параметров. Обработка результатов экспериментов производилась методами математической статистики и по известным методикам и формулам.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

предложены и реализованы новые методы многофункционального управления режимами проведения экспериментов, получения и обработки данных для разработанного и созданного автоматизированного комплекса по кинетическому индентированию, позволяющего строить диаграммы вдавливания «P-h-1», на основе которых по специальным методикам определяется комплекс физико-механических свойств материалов;

впервые методом кинетического индентирования определен комплекс физико-механических свойств керметов систем AI2O3-AI И AI2O3-AI-силикатное стекло и водородаккумулирующих материалов (ВАМ), характе-

ризующихся высокой хрупкостью и трещинообразованием, в том числе их модули упругости и коэффициент трещиностойкости (Kjc)',

- разработана новая методика определения Kjc без измерения трещин в
зоне отпечатка, которая основана на использовании трех структурно-
чувствительных параметров, получаемых из диаграмм вдавливания.

установлена адекватность результатов физико-механических испытаний по традиционным методикам и при испытаниях с помощью разработанного автоматизированного комплекса методом кинетического индентирования с применением эталонного материала;

впервые определены модули упругости керметов систем AI2O3-AI И А12Ог Al-силикатное стекло, а также модули упругости и Kjc водородаккумули-рующих материалов (ВАМ), характеризующихся высокой хрупкостью и трещинообразованием.

Подобные работы
Шустов Юрий Степанович
Разработка методов прогнозирования строения и свойств текстильных материалов с использованием теории подобия и анализа размерностей
Слаутин Олег Викторович
Исследование структуры и физико-механических свойств слоистых интерметаллидных композитов систем Cu-Al и Ti-Fe с разработкой комплексной технологии их получения
Макаров Авинир Геннадьевич
Разработка компьютерных технологий моделирования физико-механических свойств текстильных материалов сложного строения
Шибаев Павел Борисович
Особенности взаимодействия элементов тонкой структуры полимерных материалов и их физико-механические свойства
Бесшапошникова Валентина Иосифовна
Развитие научных основ и разработка методов придания огнезащитных свойств материалам и изделиям легкой промышленности
Мещерякова Галина Пантелеевна
Теоретическое обоснование, разработка и исследование оптических методов измерения свойств текстильных материалов
Цобкалло Екатерина Сергеевна
Характеристики механических свойств деформированных волокнистых материалов, методы их оценки и прогнозирования
Жуйкова Александра Анатольевна
Разработка проницаемых СВС-материалов и методы определения их каталитических свойств в фильтрах-нейтрализаторах выхлопных газов
Гришина Оксана Александровна
Разработка метода придания и исследование огнезащитных свойств материалов для одежды
Бессонова Наталья Геннадьевна
Разработка методов и исследование теплофизических свойств текстильных материалов и пакетов при действии влаги и давления

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net