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:

Узинцев Олег Евгеньевич. Разработка новых методик определения механических свойств материалов по кинетической твердости : Дис. ... канд. техн. наук : 05.02.01 Москва, 2005 147 с. РГБ ОД, 61:05-5/2796

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Условные обозначения 4

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА-1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИСПЫТАНИЯ ИНДЕНТИРОВАНИЕМ 8

1.1.0 критериях прочности в механике твердого тела 8

1.2. Восстановленная и невосстановленная твердость 11

1.3. Проблема подобия между диаграммами вдавливания и растяжения... 13

1.4. Актуальные проблемы индентирования 32

1.4.1. Наноиндентирование в проблемах пластической деформации и разрушения 32

1.4.2. Пластическая деформация в отпечатке 38

1.4.3. Специфика некоторых материалов 40

1.4.2. Модель Джонсона гидростатического ядра (или гидростатической линзы) 43

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45

ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ КИНЕТИЧЕСКОГО ИНДЕНТИРОВАНИЯ. 47

2.1. Закон Гука при индентировании 47

2.2. Соотношение между восстановленной Н и невосстановленной Hh твердостью 54

2.3. О жесткости межатомной связи 62

2.4. Соотношение между реальным средним давлением q и твердостью поМейеруНМ 66

2.5. Уточненная методика определения модуля Юнга 74

2.6. Закон распределения давления и гистерезис в пластическом отпечатке 81

ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ ПЕРЕХОДА ОТ ДИАГРАММ ВДАВЛИВАНИЯ К ДИАГРАММАМ РАСТЯЖЕНИЯ 87

3.1. Соотношение между восстановленной и невосстановленной твердостью 87

3.2. Пластическая деформация в отпечатке 99

3.3. Экспериментальные диаграммы растяжения и вдавливания 111

3.4. Определение констант Мейера при вдавливании специндентора 116

3.5. Переход от диаграм HMh-h к диаграммам растяжения. Диаграммы P-h и константы В и п для сферического индентора при отсутствии градиентного поверхностного слоя 123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 130

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 134 

Введение к работе:

Актуальность работы. Испьпания 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 1000 раз, а объем - более чем в 10' 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- 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.

Для контроля свойств покрытий, модифицированных поверхностных слоев, порошковых и композиционных материалов требуется локальный способ нагружения, реализуемый при индентировании.

Мнение многих экспертов сводится к тому, что XXI век будет веком нанонауки и нанотехнологий. Возникает потребность локализовать все в большей степени очаг пластической деформации под индентором.

В соответствии с этими запросами испытание индентированием развивается в двух направлениях. Во первых, результаты испьпания

регистрируют в виде непрерывной диаграммы вдавливания «нагрузка на индентор Р - глубина отпечатка h - время t» (диаграмма P-h). Во вторых, -стремлением локализовать очаг деформации под индентором до масштаба, характерного для размеров элементарных носителей деформации и равных по порядку величины одному нанометру. В последнем случае испытание связывают с решением различных вопросов естествознания в рамках отдельных самостоятельных дисциплин. В частности, можно реализовать условия гомогенного зарождения элементарных носителей пластической деформации и определить теоретическую прочность.

Для массового неразрушающего контроля в производственных и научных целях главным становится возможность точной корреляции между диаграммами растяжения и вдавливания и определения комплекса физико-механических свойств как массивного материала так и его отдельных фаз, в том числе покрытий. Такие испытания могут заменить большинство разрушающих испьпаний, повысить надежность прогноза усталости, износа, трещиностойкости. В зависимости от конкретной задачи испьпание может осуществляться в области макро- микро- и наноразмеров отпечатков. Для широкой практитки - это области микро- и макроиндентирования.

Физический смысл твердости как среднего контактного давления не зависит от масштаба локализации очага пластической деформации и не изменяется при переходе от макро- к микро- и наноиндентированию. Однако твердость НМ],, измеряемая по диаграмме P-h, не совпадает с традиционной твердостью НМ как средним контактным давлением по фактической площади контакта индентора с образцом. Поэтому важнейшей задачей для практики кинетического индентирования является обоснование методологии пересчета твердости НМ), в твердость НМ.

Такой пересчет потребовал разработки ряда методик, учитывающих специфику упругих и пластических деформаций отпечатка. Эти методики имеют свое независимое прикладное применение.

Цель работы. Цель данной работы - установление аналитической связи между параметрами диаграмм вдавливания и характеристиками материала, получаемыми при испытаниях на растяжение.

Объект исследования. В качестве объектов исследования выбран широкий класс материалов (стали 20, 15ГС, 1Х18Ш0Т, 15Х1М1Ф, 35ХВФЮА), широко применяемых в различных областях машиностроения.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций. сформулированных в диссертации, обеспечивается корректностью разработанных физических моделей, сопоставлением результатов аналитических оценок с экспериментальными измерениями, а также с результатами работ ведущих отечественных и зарубежных авторов.

Методы исследования. Диаграммы растяжения получали при стандартных испытаниях на растяжение, соответствующие диаграммы вдавливания получали на приборах конструкции МЭИ (МВ-ОІм, нагрузки до 200 кГ) и МГИУ (нагрузки до 200 Г). Поверхность образцов приготавливали по методикам фирмы Struers (установка «TegraPol-11»).

Поверхность образца контролировалась с использованием металлографических микроскопов. Проверка результатов измерений осуществлялась с помощью прибора ПМТ-5М с электронной приставкой ОКБ «Спектр». При разработке физических моделей использовались численные эксперименты с использованием ЭВМ. Зависимости деформации от размера отпечатка найдены с обоснованием нового параметра подобия. Соотношение между HMh, и НМ найдено на базе формулировки закона Гука для условий упруго-пластического контакта. Учитывались поправки, вносимые явлениями гистерезиса в отступления от упругого разгружения отпечатка.

Научная новизна. Впервые предложены корректные методики перехода от HMh к НМ, широко обсуждаемые в мировой практике. Предложена модель гистерезиса, и на этой основе даны поправки к упругому процессу разгружения пластического отпечатка. Функциональные зависимости деформации в

пластическом отпечатке, широко обсуждаемые последние 60 лет, найдены на основе нового параметра подобия с учетом упругих деформаций отпечатка и коэффициента деформационного упрочнения материала. Выявлена главная причина низкой точности определения по твердости предела текучести и предложена методика его точного определения. Эта задача решается с использованием специндентора, образованного двумя пересекающимися профилями.

На защиту выносятся:

методики перехода от НМь к НМ, учитывающие упругие деформации отпечатка и зависимость пластической деформации не только от размера отпечатка d/D, но и от степенного показателя Мейера п деформационного упрочнения;

модель гистерезиса, учитывающая избьпочное гидростатическое давление в пластической зоне под' отпечатком; поправки с учетом гистерезиса к упругому процессу разгружения пластического отпечатка;

функциональные зависимости деформации в пластическом отпечатке, исходя из равенства равномерной деформации при растяжении и соответствующей деформации при вдавливании, а также с учетом навала (эффекта pile-up или sink-in) в зависимости от п;

уточненная формулировка закона Гука при локальном пластическом контакте и поправки для более точного определения модуля упругости (модуля Юнга);

методики перехода от диаграмм P-h к диаграммам P-d/D и затем к диаграммам растяжения;

методика определения предела текучести с использованием специндентора.

Практическая значимость. В результате выполнения диссертационной работы предложен ряд методик для оценки физико-механических свойств материалов, применимых в области макро-, микро- и наноиндентирования. Методики применимы в различных областях техники и позволяют существенно

поднять точность прогноза надежности и ресурса изделий машиностроения на новый уровень. Проведенные исследования показывают, что может бьпь достигнута высокая эффективность от их внедрения в широкую практику.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены для обсуждения на международном симпозиуме: «VII Russian-Chinese Symposium New Materials and Technologies, September 13-18 2003 Agoy, Krasnodar region, Russia»; XV Международной конференции (30 сентября - 3 октября 2003 г.) -Тольятти:ТГУ «Физика прочности и пластичности материалов»; IV Международной научно-практической конференции "Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий", 24-28 ноября 2003 года, Москва, Россия; Одиннадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов 1-2 марта 2005 г, Москва МЭИ (ТУ).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 14 печатных трудах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы из 168 наименований. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста и содержит 50 рисунков и 12 таблиц.

Подобные работы
Полищук Нина Семеновна
Разработка методик измерения и определение оптических характеристик тканей в видимой и инфракрасной областях спектра
Киселев Игорь Яковлевич
Повышение точности определения теплофизических свойств теплоизоляционных строительных материалов с учетом их структуры и особенностей эксплуатационных воздействий
Жуйкова Александра Анатольевна
Разработка проницаемых СВС-материалов и методы определения их каталитических свойств в фильтрах-нейтрализаторах выхлопных газов
Заваркин Вадим Николаевич
Исследование эксплуатационной повреждаемости лопаток турбины авиационных ГТД и разработка методики ее оценки с использованием упругих характеристик их материала
Нассиф Сулейман Нассиф
Разработка методики ускоренных испытаний твердосплавных зубков шарошечных долот на стойкость к ударным циклическим нагрузкам
Крылов Алексей Петрович
Разработка расчетно-экспериментальной методики обеспечения заданного состава легированных наплавок покрытыми электродами
Рожкова Татьяна Владимировна
Формирование структуры и свойств материалов на основе меди с карбидом кремния при электроконтактном спекании
Бесшапошникова Валентина Иосифовна
Развитие научных основ и разработка методов придания огнезащитных свойств материалам и изделиям легкой промышленности
Гришина Оксана Александровна
Разработка метода придания и исследование огнезащитных свойств материалов для одежды
Кузьменко Елена Алексеевна
Улучшение свойств материала неоднородно-деформированных заготовок, полученных холодной объемной штамповкой

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