G01N3 / 42 - шляхом отримання відбитків від індентером при додатку до нього постійного навантаження, наприклад сферичного, пірамідального (G01N 3/54 має перевагу)
Власники патенту RU 2410667:
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича Національної академії наук України (UA)
Винахід відноситься до області механічних випробувань матеріалів. Сутність: визначають модуль Юнга. Випробуваний матеріал піддають індентування жорстким індентором у вигляді правильної піраміди при безперервному вдавливании з побудовою діаграми «навантаження-переміщення індентора», по якій визначають характеристику пластичності як відношення площі між гілками навантаження-розвантаження до загальної площі під кривій навантаження. Визначають твердість по Мейеру як відношення навантаження до площі проекції відбитка індентора на контактної поверхні, а величину коефіцієнта Пуассона розраховують за формулою. Технічний результат - розширення області використання, зниження трудомісткості і підвищення точності. 1 мул. 1 табл.
Винахід відноситься до області механічних випробувань матеріалів і може бути використане для визначення коефіцієнта поперечної деформації (коефіцієнта Пуассона μ) як масивних матеріалів, так і окремих фаз, структурних складових і покриттів.
Відомий спосіб визначення коефіцієнта Пуассона μ, що полягає у виготовленні з випробуваного матеріалу деталі зразка для випробувань на розтяг (стиск) і подальшого його випробування. У цьому випадку коефіцієнт Пуассона μ розраховують як відношення відносної поперечного звуження (розширення) до відносного поздовжнього подовження (стиску) по ГОСТ 1497-84 - Методи випробувань на розтяг.
Зазначений спосіб має наступні недоліки:
- високу трудомісткість через необхідність виготовлення і подальшого випробування зразка встановленої форми;
- неможливість використовувати спосіб при стовідсотковому контролі деталей;
- неможливість використовувати спосіб для деталей малих розмірів;
- неможливість визначати коефіцієнт Пуассона μ окремих фаз, структурних складових і покриттів;
- низьку точність при випробуванні малопластичних матеріалів.
Найбільш близьким за технічною сутністю є спосіб визначення коефіцієнта Пуассона μ з використанням динамічних методів випробування (див. Кузьменко В.А. Звукові і ультразвукові коливання при динамічних випробуваннях матеріалів. К. Вид-во АН УРСР. - 1963. - С.39-40 ) за формулою:
де Е - модуль Юнга (модуль пружності першого роду, або модуль нормальної пружності, або модуль пружності при розтягуванні);
G - модуль зсуву (модуль пружності другого роду).
Недоліками способу є:
- необхідність попереднього визначення як модуля пружності Е, так і модуля зсуву G;
- неможливість визначення коефіцієнта Пуассона μ окремих фаз, структурних складових і покриттів.
Суть винаходу полягає в тому, що за відомим способом, за яким визначають модуль Юнга, з урахуванням якого розраховують коефіцієнт Пуассона, відповідно до винаходу випробуваний матеріал піддають індентування жорстким індентором у вигляді правильної піраміди при безперервному вдавливании з побудовою діаграми «навантаження-переміщення індентора», по якої визначають характеристику пластичності δА як відношення площі між гілками навантаження-розвантаження до загальної площі під кривій навантаження, визначають твердість по Мейе у НМ як відношення навантаження до площі проекції відбитка індентора на контактної поверхні, а величину коефіцієнта Пуассона μ розраховують за формулою:
де γ - кут між віссю і бічною гранню піраміди.
Відмінними ознаками винаходу є те, що вперше для визначення коефіцієнта Пуассона запропоновано використовувати метод індентування твердими індентора у вигляді правильної піраміди, що дозволяє визначати коефіцієнт Пуассона окремих фаз, структурних складових і покриттів.
де Ар - площа між гілками навантаження-розвантаження, що характеризує роботу, затрачену на пластичну деформацію;
Ае - площа під гілкою розвантаження, що характеризує роботу, затрачену на пружну деформацію.
Після цього визначають площу проекції відбитка індентора на контактної поверхні, а твердість по Мейеру НМ розраховують за формулою:
де Р - зусилля вдавлення в Н;
S - площа проекції відбитка на контактну поверхню.
Для точного і експресного визначення площ під гілками навантаження-розвантаження використовують стандартні комп'ютерні програми.
Потім визначають коефіцієнт Пуассона μ за формулою (2).
Приклад. Визначення коефіцієнта Пуассона μ проводили на карбідних покриттях NbC і TiC, на гальванічному хромовом покритті, отриманому електролітичним шляхом, а також на полікристалічних зразках титану і алюмінію і на монокристалі кремнію. Карбідні покриття наносили на зразки, виготовлені зі сталі У8А, за способом, описаному в АС СРСР №711782, БІ 1980, №3. Спосіб отримання карбідних покриттів на поверхні металів і сплавів / Лоскутов В.Ф. Хижняк В.Г. Бякова А.В. Хромове покриття наносили електролітичним методом за стандартною технологією на високоміцний чавун.
Модуль пружності Е хрому, титану, ніобію, міді, а також карбідів титану та ніобію визначали на масивних зразках динамічним методом по власній частоті коливань (І.М.Францевича, О.А.Чехова. Зб. Питання порошкової металургії і міцності матеріалів. Изд . АН УРСР, 6,36, 1958). Характеристику пластичності δA визначали по ISO 14577 при безперервному вдавливании стандартного алмазного індентора Берковича з використанням приладу "Nano Indenter II" і побудовою діаграми в координатах «навантаження-переміщення індентора» за формулою (4). Розрахунок твердості по Мейеру НМ проводили за формулою (5). Отримані результати представлені в таблиці. У цій же таблиці для порівняння наведені значення коефіцієнта Пуассона μc. взяті з довідкової літератури для покриттів NbC, TiC і Cr (І.М.Францевича, Ф.Ф.Воронов, С.А.Бакута. Пружні постійні і модулі пружності металів і неметалів. Київ: Наукова думка, 1982. - 286 с. ), а також для полікристалів Ti, Al і монокристала Si, які були розраховані відповідно до прототипом.
Як видно з таблиці, похибка при визначенні коефіцієнта Пуассона μ становить не більше 9%.
Таким чином, пропоноване рішення дозволяє розширити області використання способу за рахунок можливості проведення випробування малих за розміром об'єктів, наприклад покриттів, окремих фаз і структурних складових, знизити трудомісткість за рахунок виключення необхідності визначення модуля зсуву G, підвищити точність при випробуванні малопластичних матеріалів.
Результати експериментальної перевірки свідчать про придатність способу для практичного використання в дослідницьких цілях для оцінки механічних властивостей виробів, а також в промисловому виробництві.
Спосіб визначення коефіцієнта Пуассона μ, що включає визначення модуля Юнга Е, який відрізняється тим, що випробуваний матеріал піддають індентування жорстким індентором у вигляді правильної піраміди при безперервному вдавливании з побудовою діаграми «навантаження-переміщення індентора», по якій визначають характеристику пластичності δА. як відношення площі між гілками навантаження-розвантаження до загальної площі під кривій навантаження, визначають твердість по Мейеру НМ, як відношення навантаження до площі проекції відбитка індентора на контактної поверхні, а величину коефіцієнта Пуассона μ, розраховують за формулою
,
де γ - кут між віссю і бічною гранню піраміди.
Винахід відноситься до області інженерних вишукувань і призначене, зокрема, для визначення фізико-механічних характеристик грунтів.
Винахід відноситься до землеробським і ґрунтознавча дослідженням, зокрема до реєстрації сезонної (річний) динаміки ґрунтових деформацій в кореневмісному шарі грунту.
Винахід відноситься до вимірювальної техніки.
Винахід відноситься до галузі будівництва і експлуатації грунтових аеродромів, підготовлених методом ущільнення снігу.