СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗНОСА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ
METHOD OF MEASURING THE WEAR OF METAL MATERIALS AND COATINGS

Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов, в частности к измерению износа металлических материалов и покрытий.
Известен способ измерения износа металлических покрытий, включающий испытание материалов на износ и основанный на взвешивании образцов до и после испытаний и определении массы износа с переводом его в линейный износ по математической формуле (патент РФ №2141107 по кл. G01N 3/36 от 10.11.1999 г.).
Недостатком данного способа является относительно низкая точность измерения, обусловленная погрешностью измерения массы износа.
Известен также способ измерения износа металлических покрытий путем электромеханического растворения поверхности образца (патент РФ №2293305 по кл. G01N 3/36 от 10.02.2007 г.).
Недостатком данного способа является относительно низкая точность определения целевых величин.
Известен способ измерения износа металлических покрытий, относящийся к «методу искусственных баз», основанный на вдавливании индентора в форме пирамиды в исследуемый образец с последующим измерением диагонали отпечатка в образце и расчетом твердости материала образца (патент РФ №2222801 по кл. G01N 3/42 от 27.01.2004 г.).
Недостатком данного способа является сложность измерения величины износа покрытий толщиной менее 5 мкм, обусловленная тем, что для измерения износа таких покрытий необходимо снижать нагрузку на индентор, что приводит к повышению погрешности измерения.
Наиболее близким техническим решением является способ измерения износа металлических покрытий, описанный в Межгосударственном стандарте ГОСТ 23.301-78 «Обеспечение износостойкости изделий. Приборы для измерения износа методом вырезанных лунок.»
Данный способ включает нанесение лунок на испытуемый образец при помощи алмазного индентора в виде трехгранной пирамиды, вращающейся вокруг горизонтальной оси с последующим измерением износа по формуле
2
2
1
Δh=0,125(h-h)1/r,
где r - радиус лунки,
2
h - исходная глубина лунки, в мм
2
1
h - высота изношенной лунки, в мм.
Точность измерения износа при использовании данного метода значительно выше, чем при использовании метода отпечатков, т.к. соотношение между глубиной лунки и длиной ее находится в соотношении 1:50÷1:80. Недостатком данного способа является сложность и длительность определения малых величин износа (порядка нескольких микрометров), обусловленные невозможностью визуального и быстрого определения места вырезанной лунки.
Возникают сложности и при определении износа поверхностей, имеющих риски, совпадающие по направлению с длиной лунки, т.к. при этом сложно определить длину лунки.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в сокращении цикла проведения операции измерения при сохранении точности измерения величины износа.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения износа металлических покрытий, включающем нанесение лунок на испытуемый образец при помощи алмазного индентора в виде четырехгранной пирамиды, с перемещением под ней образца с последующим измерением параметров износа, нанесение лунки осуществляют перемещением образца по нормали к вектору скорости перемещения контробразца при трении, перемещение образца осуществляют со скоростью 8÷10 мм/с на расстояние, превышающее ширину поверхности трения по нормали к скорости скольжения, при этом расстояние определяется из соотношения L=kY, а величина износа определяется из соотношения
1
0
1
Δh=h- h=Ctg (α/2)(b-b), где L - расстояние, превышающее ширину поверхности трения.
K=1,5÷2,0 - коэффициент перекрытия поверхности трения образца, характеризующий значение величины, указывающей на сколько лунка длиннее ширины зоны трения.
Y - ширина поверхности трения по нормали к скорости скольжения (мм),
h - начальная глубина лунки (мкм),
1
h - глубина изношенной лунки(мкм),
Δh- величина износа (мкм),
0
b -начальная ширина лунки (мкм),
1
b - ширина изношенной лунки (мкм),
α - угол между поверхностями стенок лунки.
Способ измерения износа осуществляется следующим образом.
Плоский металлический образец устанавливается в прибор ПМТ-3 (на чертеже не показан). Алмазным индентором при нагрузке N=500 г и перемещением образца наносят лунку на расстояние L по нормали к вектору скорости перемещения контробразца, при этом перемещение образца осуществляют со скоростью 8÷10 мм/с на расстояние, превышающее ширину поверхности трения по нормали к скорости скольжения V. Расстояние L определяется из соотношения L- kY, где
K=1,5÷2,0 - коэффициент перекрытия образца, характеризующий значение величины, указывающей превышение ширины зоны трения.
Y - ширина поверхности трения по нормали к скорости скольжения V(mm).
После этого образец промывают, высушивают и определяют величину износа из соотношения:
0
Δh=h- hi=Ctg (a/2)(b -bi), где
Δh - величина износа (мкм),
0
b -начальная ширина лунки (мкм),
1
b - ширина изношенной лунки (мкм),
α - угол между поверхностями стенок лунки.
Способ позволяет быстро визуально определить место вырезанной лунки и тем самым сократить длительность цикла проведения операции измерения при сохранении точности измерения величины износа металлического материала или покрытия.