ОБРАЗЕЦ С НАНЕСЕННЫМ ПОВЕРХНОСТНЫМ СЛОЕМ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Полезная модель относится к области определения механических свойств деталей, преимущественно с нанесенным, в частности напыленным поверхностным слоем.
Известно устройство (Степанов, В.Г. Поверхностное упрочнение корпусных конструкций / В.Г. Степанов, М.И. Клестов. - Л.: Судостроение, 1977. - 197 с., С. 87.) в виде цельного образца для определения глубины упрочненного слоя путем измерения твердости под отпечатком у испытуемых цельных образцов. После вдавливания образец разделяют, полируют и твердомером измеряют твердость под отпечатком в точках линии действия силы. Величину пластически деформированной зоны определяют как предельную глубину, на которой твердость под отпечатком больше исходной.
Недостатком является возможность получения дополнительных пластических деформаций при разделении образцов в месте определения зоны пластического деформирования под отпечатком.
Известно устройство (Степанов, В.Г. Поверхностное упрочнение корпусных конструкций / В.Г. Степанов, М.И. Клестов. - Л.: Судостроение, 1977. - 197 с., С. 87.) в виде составного образца, при использовании которого наблюдают линии скольжения на полированной поверхности стыка такого составного образца под отпечатком в точках линии действия силы. Данное устройство не позволяет исключить влияние неровности поверхности и разной толщины нанесенного, в частности напыленного слоя отдельно полученных элементов образца в месте сочленения составного образца.
Наиболее близким аналогом являются разрезные образцы, у которых деформацию вследствие воздействия штампа (штамповки) определяют по деформации координатных сеток из тонкой фольги, которые заранее вставляют в разъемы этих образцов (Метод делительных сеток [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://poznayka.org/s42749t1, свободный. - Загл. с экрана. Дата обращения 24.01.2020). Данное устройство не позволяет гарантированно исключить изменение механических свойств и геометрии разрезных элементов образца с нанесенным поверхностным слоем при воздействии режущего инструмента, в частности отслоения поверхностного слоя в ходе разрезания образца, при этом не может гарантировать отсутствие значимой неровности поверхности и разной толщины напыленного слоя разрезных элементов образца в месте сочленения разрезного образца.
Цель полезной модели - получение устройства с возможностью упрощения процедуры и увеличение достоверности результата определения зоны пластической деформации (исследование закономерностей деформирования) образцов с нанесенным поверхностным слоем от контактного воздействия индентора, а также обеспечение возможности испытывать одновременно разные материалы и/или покрытия образцов.
Сущность полезной модели
Поставленная цель достигается тем, что составной образец устройства в его сопряжениях, возможно расположенных под различными углами друг к другу, возможно оснащенный в этих сопряжениях сплошной делительной сеткой (сплошными линиями), выполненной известными методами, например, окрашиванием, царапанием, термическим воздействием лазером, термической штамповкой, химическим травлением и/или точечной, в частности еще выполненной и нанесением углублений контролируемой формы, возможно, рисок, пирамидальных, с основанием круг, эллипс, многогранник и т.д., и/или размещением в сопряжениях составного образца вставных делительных сеток (в частности, металлических, полимерных), а поверхность образца выполнена с поверхностным слоем, в частности нанесенным, полученным термическим, силовым, химическим воздействиями или их комбинациями. Устройство предусматривает крепление образца в опорном контуре и/или на крепежных элементах, соединяющих непосредственно все или часть элементов образца, возможно с использованием шпилек, болтов, замковых соединений и т.д. или их комбинаций, в частности опорным контуром могут служить отдельные элементы образца.
Зоны пластической деформации определяются по стыкам сопрягаемых элементов образца в местах воздействия индентором путем оценки непосредственно по изменению элементов образца известными методами, например, методами измерения твердости, ультразвуковым методом, микроскопическим методом, в частности по линиям скольжения, или по деформации нанесенных и/или вставных делительных сеток. Деформирующее воздействие индентером производится в месте сопряжения составного образца, определяемое, например, отчетом линейных размеров от выбранных плоскостей фиксации составных элементов образца и/или другими известными методами, например, ультразвуковым, вихревыми токами и т.д.
Образцы получаются следующим образом, исходную заготовку под образец расчленяют на несколько элементов, например, посредством механического, и/или термического, и/или химического воздействия, составной образец собирается, в частности фиксируется в опорном контуре и/или на крепежных элементах, соединяющих непосредственно все или часть элементов образца, возможно с использованием шпилек, болтов, замковых соединений и т.д. или их комбинаций, в частности опорным контуром могут служить отдельные элементы образца. Стыки элементов образца могут располагаться под разными углами друг к другу, и, возможно, оснащаются делительными сетками (сплошная сетка (сплошными линиями) путем окрашивания, царапанием, термическим воздействием лазером, термической штамповкой, химическим травлением и/или точечная, в частности еще и путем нанесения углублений контролируемой формы, в частности рисок, пирамидальных, с основанием круг, эллипс, многогранник и т.д., и/или делительная сетка (в частности металлическая, полимерная) устанавливается). После чего на поверхности образца формируется поверхностный слой, например, известными методами со следующими наименованиями: намораживание, гальваническим методом, лазерным и/или плазменным, порошковым, вакуумным видами напыления, окрашиванием, диффузионной сваркой, а также поверхностный получается слой путем механического, термического, химического воздействий на поверхность образца или их комбинациями, в частности давлением, оплавлением, закалкой, азотированием и т.д., а воздействие индентора производится в месте стыка составного образца, определяемого, например, известными из уровня техники отсчетом размеров от фиксированных плоскостей, в частности от контура фиксации образца и/или методами неразрушающего контроля, в частности ультразвуковым, вихревыми токами. Результат пластического деформирования составного образца определяют после его разборки, например, посредством известных действий - излома, сдвига, снятия поверхностного слоя, по деформации делительных сеток и/или измерением твердости и/или по линиям скольжения и/или ультразвуковым методом, вихревыми токами и т.д. в стыках образца.
Иначе составной образец получается использованием и пригонкой отдельных независимо получаемых элементов, в частности из разных материалов, возможно, и без нанесения поверхностно слоя и/или с разными покрытиями. Это дает возможность сравнительного анализа параметров поверхностного упрочнения при одновременном и/или последовательном индентировании в стыках элементов образца с разными параметрами (материалом элемента и его поверхностного слоя).
Опорный контур устройства для испытания образца изготавливается известными методами жестким, препятствующим расхождению элементов образца при индентировании, например, сваркой из отдельных брусков, катанных профилей, вырезается известными методами из монолитной плиты и т.д. и/или собирается на крепежных элементах, соединяющих непосредственно все или часть элементов образца, возможно с использованием шпилек, болтов, замковых соединений и т.д. или их комбинаций, в частности опорным контуром могут служить отдельные элементы образца.
На фиг. 1 изображено формирование составного образца из элементов 1…6 в опорном контуре 7, имеющего фиксирующие болтовые элементы 8 для фиксации составного образца посредством прижимной планки 9 и клинового распора 10, пунктиром условно здесь и ниже изображены возможные варианты отпечатков от воздействия инденторов разной формы;
на фиг. 2 изображен замковый вариант формирования составного образца из элементов с пазом 1, 3 предназначенных для размещения п-образного элемента 2, фиксируемых относительно друг друга посредством клиновых распоров 10, приводимых в действие фиксирующими болтовыми элементами 8;
на фиг. 3а изображен собранный посредством болтовых соединений 11 составной образец из элементов 1…5, при этом между элементами 3…5 установлены промежуточные вставки 12; на фиг. 3б тот же образец с нижнего торца фиг. 3а с уже нанесенным поверхностным слоем 13; на фиг. 3в вариант формирования образца аналогично 3а, но без прохождения болтового соединения через все элементы образца;
на фиг. 4 представлен вариант сборки составного образца из элементов 0…6 в опорном контуре 7, с фиксирующими болтовыми элементами 8, пунктиром изображены возможные варианты отпечатков от инденторов разной формы;
на фиг. 5 представлена схема простейшего варианта монтажа и индентирования образцов из элементов 1 и 2 с помощью болтовых соединений 11, причем в элементах 2 использованы резьбовые отверстия: фиг. 5а - образец до нанесения покрытия, фиг. 5б - образец после нанесения поверхностного слоя 13, фиг. 5в - образец с лункой 14 после индентирования;
на фиг. 6 представлены материалы практической реализации варианта фиг. 5 монтажа образцов из элементов 1 и 2 с помощью болтовых соединений 11, причем в элементах 2 использованы резьбовые отверстия и результатов их нагружения: фиг. 6а - процесс индентирования образца с напыленным, методом плазменного напыления, поверхностным слоем, в намеченном линиями 15 месте, фиг. 6в - образец с лунками от воздействия шаровых инденторов разного диаметра до напыления 14а и 14б лунка от воздействия индентором уже напыленного образца;
на фиг. 7 представлен в виде поясняющих рисунков (фиг. 7а, 7б, 7г) характерный вид фиксируемой при разъеме образца деформации в месте воздействия шаровым индентором и фотография фиксации такой деформации 7в, по линиям скольжения;
на фиг. 8 представлены фотоматериалы снимков отпечатков пирамиды микротвердомера (точек делительной сетки) до сборки образца (фиг. 8а, б) и после его разборки (фиг. 8в, г) и обозначены размерными линиями контролируемые параметры a, b, l, характеризующие степень деформации образца в зоне индентирования.
Устройство для испытания поверхностного слоя образца состоит из образца для ведения испытаний по определению параметров поверхностного упрочнения и состоит из элементов 0…6 (фиг. 1…4) собранного, в частности зафиксированного в опорном контуре 7 и/или на крепежных элементах, соединяющих непосредственно все или часть элементов образца 8, 10, возможно с использованием шпилек и/или болтов 8, замковых соединений (фиг. 2), зажимов, например, клиновых 10, резьбовых 8, в том числе с помощью прокладок 9 и т.д. или их комбинаций, в частности опорным контуром могут служить отдельные элементы образца, например, 1 и 3 фиг. 2, 1 и 5 фиг. 3, стыки элементов образца могут располагаться под разными углами друг к другу (фиг. 1 и 4), и оснащаются делительными сетками (не показаны), поверхность образца оснащена поверхностным слоем, например, напыленным лакокрасочным и т.д., в частности 13 (фиг. 3).
Устройство используется следующим образом. Воздействие индентора производится в месте стыков составного образца, определяемого, например, отчетом от фиксированных плоскостей, в частности от контура фиксации образца и/или отслеживанием места стыка по стороне образца противоположной стороне с нанесенным покрытием, а также ультразвуковым, вихревыми токами и другими методами и их комбинациями. В случае изготовления образца из элементов меньших, например, по ширине в плане, чем размер отпечатка, в частности у элементов 2…4 фиг. 3, после индентирования и разделения образца производится определение параметров деформированного состояния в зависимости от положения по длине контакта с индентором за одно испытание. Зоны деформации в месте индентирования определяются по деформации делительных сеток и/или по изменению микрогеометрии образца, например по линиям скольжения.
Предлагаемое устройство позволит вести эксперимент с большей достоверностью результатов при упрощении процедуры, даст возможность ведения нескольких вариантов нагружения и использования разных инденторов в стыках образца, одновременном испытании разных материалов при сокращении расхода наносимого слоя и/или покрытий образца.