СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1. Способ определения прочностных характеристик материала, при котором на подготовленную поверхность образцов инструментом-индентором наносят царапины, повторяют проходы инструмента-индентора, оценивают объем материала, вытесненного инструментом-индентором из поверхностного слоя, затраченную энергию при заданной температуре образца, затем определяют характеристику материала - энергию активации разрушения поверхностного слоя, как отношение затраченной энергии к количеству материала, вытесненного из поверхностного слоя, отличающийся тем, что используют программу выбора вида исследования и его проведения из возможных нескольких автоматически реализуемых на одном и том же устройстве, как профилографирование-профилометрирование шероховатости образца; оценку микротвердости поверхности образца; оценку энергии активации пластической деформации; трибометрирование; прогнозирование остаточного ресурса (по текущему значению либо кинетике изменения энергии активации пластической деформации); профилографирование-профилометрирование волнистости поверхности образца; включают блок обработки информации персонального компьютера, загружают рабочую программу выбора вида исследования и его проведения; поворачивают ручку фиксации инструмента в положение «измерение», отводя кулачком подвеску; обезжиренный и высушенный образец размещают на столике исследуемой поверхностью перпендикулярно оси движения инструмента; устанавливают соответствующий инструмент в державке; вводят требуемые исходные данные и режимы исследования в рабочую программу выбора вида исследования и его проведения; нажимают кнопку «старт» окна рабочей программы выбора вида исследования и его проведения; опускают траверсу с инструментальной головкой до соприкосновения инструмента с исследуемой поверхностью образца, определяя его момент касания по показаниям датчика вертикальных перемещений инструмента; двигателем горизонтального перемещения каретки перемещают каретку на расстояние выхода вершины инструмента из деформированной области исследуемой поверхности до нулевых показаний датчика вертикальных перемещений инструмента; реализуют алгоритм дальнейших действий согласно результату выбора видов исследований.
N
N
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выбора вида исследований - оценка микротвердости поверхности образца вводят требуемое число измерений, величину нормальной нагрузки; устанавливают инструмент - стандартный алмазный индентор Виккерса (четырехгранную пирамиду с углом при вершине 136°); включают двигатель нагружения; давят на свободный конец плоской пружины датчика нагружения подвески; одновременно строят график зависимости «нормальная нагрузка F[Н] - величина внедрения инструмента-индентора h [мкм] в исследуемую поверхность» (h=f(F)); одновременно вычисляют значение микротвердости по формуле
2
-3
-1
-2
[кгс/мм], где D=h/0,14 [мкм] - размер диагонали отпечатка 4, m=FN·10·g≈10, [г] - эквивалентная масса навески; строят график зависимости Hµ=f(h); сохраняют результаты вычислений в памяти блока обработки информации.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выбора вида исследований - профилографирование - профилометрирование шероховатости поверхности образца при выборе требуемого режима исследования задают базовую длину трассы сканирования поверхности; устанавливают инструмент - алмазную иглу с углом при вершине 60° в державку; автоматически включают двигатель горизонтального перемещения каретки; перемещают инструмент - алмазную иглу по исследуемой поверхности в режиме сканирования (без приложения нормальной нагрузки) на величину базовой длины; одновременно на экране компьютера строят график зависимости «вертикальное перемещение инструмента - алмазной иглы - горизонтальное перемещение исследуемого образца» в режиме реального времени; при задании нескольких чисел заданных измерений действие повторяют заданное число раз; выводят на экран среднюю линию профиля, линии впадин и выступов, кривую опорной поверхности; рассчитывают и выводят на экран монитора параметры R2 - высоту шероховатости, Ra - среднеарифметическое отклонение, tm - шаг; найденные значения критериев профиля шероховатости исследуемой поверхности образца сохраняют в памяти блока обработки информации; возвращают каретку в исходное положение; поворачивают ручку фиксации инструмента - алмазной иглы в положение «хранение», приподнимая при этом подвеску; сохраняют результаты вычислений в памяти блока обработки информации.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выбора вида исследований - оценка энергии активации пластической деформации; выбирают требуемый критерий измерений - по заданной величине нормальной нагрузки или внедрения инструмента-индентора; вводят в рабочую программу в зависимости от выбора требуемого критерия измерений значение нормальной нагрузки или глубины внедрения инструмента-индентора при царапании, значение молярного объема материала исследуемого образца, числа измерений, требуемой длины царапины; устанавливают инструмента - четырехгранную пирамиду с углом при вершине 136° в державку; включают двигатель нормального нагружения; нагружают подвеску по нормали до заданной величины нормальной нагрузки или до заданной величины внедрения инструмента-индентора в поверхность исследуемого образца - в зависимости от выбора требуемого критерия измерений; включают двигатель горизонтального перемещения каретки; царапают инструментом-индентором поверхность исследуемого образца на заданную величину; одновременно измеряют силу царапания; вычисляют величину энергии активации пластической деформации; возвращают каретку в исходное положение; сохраняют текущее значение энергии активации пластической деформации в памяти блока обработки информации.
pec
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выбора вида исследований - прогнозирование остаточного ресурса задают начальное значение энергии активации пластической деформации поверхностного слоя и величину энергии активации разрушения материала поверхностного слоя; выбирают вид прогнозирования (по текущему значению энергии активации пластической деформации или по кинетике изменения энергии активации пластической деформации); при прогнозировании по текущему значению энергии активации пластической деформации определяют ожидаемое время наступления разрушения t и остаточный ресурс материала δ по формулам:
эксп
0
0
0
исх
кр
где t - длительность наработки материала в единицах времени; U, U , U  - текущее, исходное, критическое (предельно допустимое) значение энергии активации пластической деформации материала, соответственно; при прогнозировании по кинетике изменения энергии активации пластической деформации строят таблицу исходных данных, содержащих ранее найденные значения энергии активации пластической деформации исследуемого материала и соответствующие им значения наработки; выбирают вид аппроксимации (линейный или нелинейный); с помощью рабочей программы автоматически строят на экране компьютера зависимость в координатах «наработка - энергия активации пластической деформации», аппроксимированную методом наименьших квадратов и горизонтальные прямые, соответствующие начальному и критическому уровню энергии активации пластической деформации материала; определяют автоматически точку пересечения аппроксимированной зависимости с критическим значением энергии активации; значение оси в точке пересечения принимают за прогнозируемое значение наработки материала, соответствующее его разрушению, сохраняют прогнозируемое значение наработки материала в памяти блока обработки информации.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выбора вида исследований - трибометрирование, задают величину нормальной нагрузки, скорость, амплитуду и время перемещения каретки; устанавливают инструмент - сферический индентор в державку; наносят слой смазочного материала на поверхность исследуемого образца; включают автоматически двигатель нагружения; давят на инструмент - сферический индентор нормальной силой до заданной величины с фиксированием датчиком нагружения подвески нормальной силой; включают двигатель продольного перемещения в режиме возвратно-поступательного движения с заданной скоростью, амплитудой и временем испытаний; измеряют силу трения по показаниям датчика тангенциальной силы, нормальную силу, действующую на инструмент - индентор, величину перемещения инструмента-индентора относительно поверхности исследуемого образца, величину линейного износа по разности показаний датчика вертикальных перемещений инструмента-индентора; возвращают инструмент - индентор и каретку в исходное положение; сохраняют результат вычислений в памяти блока обработки информации.
Z
W
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выбора вида исследований - профилографирование - профилометрирование волнистости поверхности образца при выборе требуемого режима исследования задают длину трассы сканирования поверхности образца; устанавливают инструмент - алмазную иглу с углом при вершине 60° в державку; автоматически включают двигатель горизонтального перемещения столика вместе с образцом на величину длины трассы сканирования (без приложения нормальной нагрузки); одновременно с перемещением образца строят график на экране компьютера зависимости «вертикальное перемещение инструмента - горизонтальное перемещение исследуемого образца» в режиме реального времени; при задании нескольких чисел заданных измерений действие повторяют заданное число раз; выводят на экран среднюю линию профиля, линии впадин и выступов; рассчитывают параметры W - высоту волнистости S - шаг волнистости; найденные значения критериев профиля волнистости исследуемой поверхности образца сохраняют в памяти блока обработки информации; возвращают каретку и инструмент - алмазную иглу в исходное положение; поворачивают ручку фиксации инструмента - алмазной иглы в положение «хранение», приподнимая при этом подвеску; сохраняют результаты вычислений в памяти блока обработки информации.
8. Устройство по п.1, содержащее корпус коробчатой пустотелой формы с электродвигателем и редуктором внутри его; укрепленные на корпусе две параллельные колонны с установленной на них с возможностью перемещения по ним траверсой вместе с механизмами фиксации ее на колоннах и закрепленной на ней инструментом; инструментальной головкой, механизмом установки инструмента, механизмом подвода и отвода инструмента от поверхности образца, измерителем нормальных перемещений инструмента, датчиком нормальной силы, механизм и стол для установки и термостабилизации образца; механизм нормального нагружения инструмента; автоматизированную систему задания программы нагружения и разгружения, считывания, записи и обработки информации результатов испытаний совместно с персональным компьютером, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено механизмом тангенциального перемещения образца; механизмом поворота образца в вертикальной плоскости; механизмом тонкого перемещения образца в вертикальной плоскости; механизмом ускоренного перемещения и фиксации инструмента; датчиком измерения тангенциальной силы; механизмом вертикального перемещения траверсы; при этом механизм и стол для установки и термосабилизации образца выполнен в виде столика и плиты, установленной на корпусе устройства, соединенных между собой механизмом тангенциального перемещения образца, выполненного, в свою очередь, в виде нижнего корпуса, соединенного с плитой с возможностью перемещения по ее продольным направляющим посредством шагового электродвигателя, расположенного в нижнем корпусе, и реечной передачи, реечная шестерня которой закреплена на роторе шагового электродвигателя, а рейка - на плите, и механизмом поворота образца в вертикальной плоскости, скрепленного столиком, выполненным в виде верхнего клина и нижнего клина, установленного на верхнем корпусе с возможностью перемещения по его направляющим посредством вращения рукоятки ходового винта, закрепленного в подшипнике нижнего корпуса и связанного с резьбовым отверстием нижнего клина; причем верхний клин соединен посредством плоской и витой пружин с нижним корпусом с возможностью поворота относительно его посредством механизма поворота образца в вертикальной плоскости, состоящего из маховика-рукоятки винта, имеющего возможность вращения в гайке, закрепленной на нижнем корпусе и упираться сферическим концом в пяту, закрепленную в верхнем корпусе; а механизм вертикального перемещения траверсы выполнен в виде шагового электродвигателя, редуктора, включающего ременную передачу, промежуточный вал, двумя червяками на его концах и два червячных зубчатых колеса на двух ходовых винтах, пропущенных внутри соответствующих двух колонн и внутрь корпуса, двух ходовых гаек, закрепленных на двух жестко скрепленных с траверсой ползушках, установленных на соответствующих колоннах по подвижной посадке с возможностью фиксации на них посредством механизмов фиксации траверсы; механизм ускоренного перемещения и фиксации инструмента выполнен в виде диского кулачка и рукоятки его поворота; механизм нормального нагружения инструмента и механизм тангенциального перемещения инструмента выполнены в виде каретки, подвешенной на попарных на попарных плоско-параллельных пружинах с возможностью перемещения, в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, посредством соответствующих двух перпендикулярно установленных линейных шаговых электродвигателей.