Оценка физико-механических свойств поверхностного слоя по диаграмме вдавливания сферического индентора для титанового сплава ВТ3-1

Исследование титанового сплава по диаграмме вдавливания сферического индентора. Рассмотрение типовых областей диаграммы. Приведение результатов вдавливания и расчета различных показателей, характеризующих поверхностный слой для титанового сплава.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 30.04.2018
Размер файла 177,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка физико-механических свойств поверхностного слоя по диаграмме вдавливания сферического индентора для титанового сплава ВТ3-1

Грачев М.В.

ORCID: 0000-0002-1933-1403, Заведующий лабораторией, Соискатель, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ)

Аннотация

Проведено исследование титанового сплава по диаграмме вдавливания сферического индентора. Рассмотрена типовая диаграмма вдавливания индентора. На диаграмме показаны типовые области, характеризующие процесс: нагружения, паузы и разгружения. Рассмотрены математические зависимости, применяемые для расчета диаграммы вдавливания. Показана принципиальная схема установки для записи диаграммы вдавливания сферического индентора. Приведены результаты вдавливания и расчета различных показателей, характеризующих поверхностный слой для титанового сплава. Показана эффективность данного метода.

Ключевые слова: титан, технология, диаграмма вдавливания, индентор.

Abstract

титановый сплав вдавливание индентор

A study of the titanium alloy on the indentation diagram of a spherical indenter is carried out, considering a typical indentation diagram. The diagram shows typical areas characterizing the process: loading, pausing and unloading. Mathematical dependencies used to calculate the indentation diagram are considered.A flowchart diagram of the installation for recording the indentation diagram of a spherical indenter is shown. The results of indentation and calculation of various parameters characterizing the surface layer for a titanium alloy are presented, the effectiveness of this method is shown as well.

Keywords: titanium, technology, indentation diagram, indentor.

Современные тенденции в развитии материаловедения и технологий по модифицированию поверхностных слоев направлены на получение заданных физико-механических параметров с учетом условий эксплуатации деталей. Особую значимость это приобретает, в частности, в современном авиа - двигателестроении, где задачи обеспечения износостойкости, усталостной прочности, фреттингостойкости, коррозионной стойкости и т.п. являются актуальными. Правильное их решение основано не только на обоснованном выборе режимов и методов технологического воздействия (нанесение покрытий, химико-термическая обработка и т.д.), но и возможностях достоверной оценки и прогнозирования такого воздействия.

Цель исследования Целью исследования является определение характеристик поверхностного слоя для титанового сплава с различными покрытиями по диаграмме вдавливания сферического индентора.

Методика исследований

Традиционными методами определения механических свойств материалов являются испытания на растяжение, сжатие, оценка твердости и микротвердости и т.п.. Определенный интерес представляет метод, основанный на непрерывной регистрации нагрузки и глубины внедрения индентора в испытуемый образец.

Типовая диаграмма вдавливания представлена на рис. 1.

В данном случае участок 0-1-2 описывается следующими формулами:

h?I - текущая глубина внедрения индентора при нагружении;

Pi - текущая сила вдавливания индентора;

n - показатель

a - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала и размеров индентора.

Участок кривой 3-4 - участок разгружения. В ходе процесса разгружения происходит релаксация энергии. Этот участок описывается следующими зависимостями:

где bj-коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала и размеров индентора;

hрi-текущее значение глубины внедрения при разгружении;

hoj-остаточная глубина внедрения, соответствующая конечной (j-ой) точке при нагружении;

m-показатель.

Рис. 1 - Типовая диаграмма вдавливания сферического индентора

Определяются константы a, b, c, n, m, и r, которые подсчитываются по следующим зависимостям:

где N-количество точек на соответствующих кривых, взятых для расчета; (для b, c, m, и r - формулы аналогичны).

- модуль Юнга исследуемого материала, где, е1- упругая константа индентора.

Средние контактные давления при нагружении и разгружении определяются по следующим формулам:

Величину контактных давлений целесообразно рассматривать в зависимости от степени деформации в отпечатке e, которая, в отличие от конуса и пирамиды, при вдавливании сферического индентора переменна из-за нарушения геометрического подобия лунки. Кроме того, степень деформации для сравнительной оценки удобна тем, что она безразмерна. Степень деформации определяется при нагружении и разгружении следующим образом.

Результаты исследований

Для записи диаграммы вдавливания сферического индентора применялась специальная установка.

Она позволяет вдавливать индентор 1 и перемещать образец 2 в тангенциальном направлении с непрерывной регистрацией силы вдавливания P  от 0 до 800 Н, глубины внедрения h, силы трения Fтр, величины смещения в тангенциальном направлении z.

Таблица 1 - Результаты испытаний по диаграмме вдавливания

Установка включает в себя три основных кинематических узла : механизм нагружения (узел 1), механизм опускания и подъема индентора (узел 2) и механизм тангенциального перемещения (узел 3). Установка работает следующим образом. Образец-2 из исследуемого материала закрепляется на столе -3. Закрепление необходимо для избежания ошибки измерений из-за возможных угловых микросмещений при действии нагружающей силы. Каретка -6, в которой на тарельчатых пружинах-5 подвешен шток-10 с индуктивным преобразователем -7, упругим элементом-8 и индентором -1, пере-мещается вертикально. Электродвигатель Д1 и Д4 обеспечивают соответственно ускоренное и медленное движения. При достижении необходимой силы касания Pкас (в экспериментах она составляла 1…1, 02 Н), которая оценивалась по величине деформации тарельчатых пружин 5 с наклеенными на них тензорезисторами-9 (рис. 4.4), происходит останов каретки и ее фиксация электромагнитами -ЭМ.

Для исключения погрешности измерений из-за податливости в стыке образец-стол индуктивный преобразователь жестко крепился на штоке, а индентор, в качестве которого служили выглаживатели со сферической рабочей частью из природных и синтетических (АСПК-3) алмазов, соединен со штоком посредством резьбового соединения. При этом сила затяжки выбиралась так, чтобы она обеспечивала натяг на торце штока больший, чем может возникнуть от максимальной силы при вдавливании.

Вдавливание индентора (нагружение - разгружение (узел 1) обеспечивалось перемещением пиноли -11 от электродвигателей Д3 и Д2 (Д2- для ускоренного подвода, Д3- непосредственно для нагружения). Скорость нагружения определялась изменением частоты вращения Д3, а также жесткостью упругого элемента -8. Тангенциальное перемещение образца (узел 3) может осуществляться бесступенчато от электродвигателя Д5.

Для измерения и фиксации исследуемых параметров установка оснащена тензоусилителем ТА5 (измерение сил), системой электронной измерительной 214ПС (измерение глубины внедрения) и самопишущими двух координатными потенциометрами ПДС-021.

Силы оценивали по деформации упругих элементов 8, 9, 12 с наклеенными на них тензорезисторами. Для исключения влияния силы P  на показания Fтр дополнительно установлена тензобалка -13, имеющая гибкую связь-14 со столом-3 и не воспринимающая по этой причине растягивающих напряжений в отличие от упругих элементов 12. Запись тангенциального перемещения z образца 2 производилась на потенцио-метре по изменению напряжения на резисторе, включенного в электрическую цепь по схеме делителя напряжения. При этом ползунок резистора был жестко связан со столом. Функционирование установки в полуавтоматическом режиме обеспечивалось электросхемой.

Образцы изготавливались в виде пластин толщиною не менее 8 мм, что давало основания рассматривать их как упруго-пластическое полупространство. После нагружения осуществлялась выдержка в течение 10… 15 секунд, задаваемая с помощью реле времени, затем производилась разгрузка. В каждом случае выполнялось не менее 3-х опытов с последующим осреднением результатов. Для исключения взаимного влияния соседних отпечатков они располагались на расстоянии, превышающим их диаметр в 5 раз. Результаты тарировки обрабатывались по методу наименьших квадратов.

Для проверки правильности показаний приборов использовалась мера твердости HV5-424 к прибору ТП-2 (в дальнейшем эталон), рабочая поверхность которой обработана в пределах Ra= 0,12…0,02 мкм.

Скорость нагружения составляла 10… 40 Н/с, а ее изменение в указанном интервале практически не сказывалось на получаемых результатах. Результаты расчетов по диаграмме вдавливания сферического индентора представлены в таблице 1.

Выводы

Можно констатировать, что оценка физико-механических свойств поверхностного слоя по диаграмме вдавливания сферического индентора, является эффективным способов исследования поверхностного слоя материалов.

Список литературы

Хворостухин Л. А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением /Л.А. Хворостухин, С.В. Шишкин, А.П. Ковалев и др. - М.: Машиностроение, 1988.

Булычев С. И. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора / С.И. Булычев, В.П. Алехин - М.: Машиностроение, 1990.

Григорович В. К. Твердость и микротвердость металлов / В.К. Григорович - М.: Наука. 1976.

Ковалев А. П. Оценка несущей способности поверхностного слоя деталей вдавливанием сферического индентора / А.П. Ковалев //Технология машиностроения. - 2007. - № 9. - С. 50 -53.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Планирование эксперимента по повышению предела прочности листов из титанового сплава, обработка результатов эксперимента и построение модели. Методика определения погрешности эксперимента, расчет коэффициентов регрессии, проверка адекватности модели.

    контрольная работа [88,0 K], добавлен 02.09.2013

  • Исследование процесса сварки вольфрамовым электродом в аргоне с присадочной проволокой титанового сплава ОТ4 применительно к проблеме повышения качества формирования швов при сварке с повышенной скоростью. Механические свойства сварных соединений.

    дипломная работа [5,5 M], добавлен 21.03.2011

  • Разработка технологического процесса изготовления прессованного профиля ПК-346 из сплава АД1. Расчет оптимальных параметров прессования и оборудования, необходимого для изготовления заданного профиля. Описание физико-механических свойств сплава АД1.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 17.05.2012

  • Методика проведения металлографического анализа сплава латуни ЛА77–2. Зарисовка микроструктуры данного сплава на основе меди. Приведение необходимой диаграммы состояния. Зависимость механических свойств с концентрацией меди в сплаве латуни ЛА77–2.

    лабораторная работа [824,5 K], добавлен 12.01.2010

  • Характеристика и механические свойства титана. Исследование влияния вспомогательных компонентов на свойства титанового сплава. Технологические аспекты плавки, определение типа плавильного агрегата. Термическая обработка: отжиг, закалка, старение.

    реферат [1,6 M], добавлен 17.01.2014

  • Увеличение количества типов изделий, выпускаемых в условиях мелкосерийного и серийного производства. Применение универсального оборудования. Усиленные шпангоуты. Материал детали. Преимущества титанового сплава. Уменьшение фрикционной коррозии деталей.

    курсовая работа [193,5 K], добавлен 29.11.2008

  • Методика и основные этапы проведения металлографического анализа сплава латуни Л91. Зарисовка микроструктуры данного сплава на основе меди. Подбор необходимой диаграммы состояния. Зависимость механических свойств с концентрацией меди в сплаве латуни Л91.

    лабораторная работа [466,3 K], добавлен 12.01.2010

  • Принцип работы гребного вала морского судна. Основные факторы разрушения. Измерения твердости по Бринеллю. Схема вдавливания индентора в тело заготовки. Определение предела текучести, кривая Веллера. Динамические испытания на изгиб образцов с надрезом.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 20.03.2014

  • Изучение свойств алюминиевого деформируемого сплава, где основным легирующим элементом является марганец. Влияние легирующих элементов на свойства и структуру сплава и основных примесей. Условия эксплуатации и области применения алюминиевых сплавов.

    реферат [128,9 K], добавлен 23.12.2014

  • Зависимость между составом и структурой сплава, определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава. Состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения. Состояние с полиморфным превращением двух компонентов. Микроструктура сплава.

    контрольная работа [724,7 K], добавлен 12.08.2009

  • Характеристика водила II ступени, его назначение и принцип работы, структура и основные компоненты. Анализ вариантов и выбор способа изготовления с учетом особенностей свариваемости титанового сплава ПТ-3В. Выбор сварочного оборудования его описание.

    курсовая работа [727,8 K], добавлен 14.03.2010

  • Процесс получения деталей. Дуговое капельное дозированное нанесение на листовые заготовки. Пластическое деформирование наплавленного металла из титановых сплавов. Способы получения ошипованных листовых деталей. Процесс формообразования выступа штамповкой.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 05.06.2011

  • Геометрические параметры и физико-механическое состояние поверхностного слоя деталей. Граничный и поверхностный слой. Влияние механической обработки, состояния поверхностного слоя заготовки и шероховатости на эксплуатационные свойства деталей машин.

    презентация [1,9 M], добавлен 26.10.2013

  • Понятие твердости. Метод вдавливания твердого наконечника. Измерение твердости по методу Бринелля, Виккерса и Роквелла. Измерение микротвердости. Порядок выбора оборудования. Проведение механических испытаний на твердость для определения трубных свойств.

    курсовая работа [532,5 K], добавлен 15.06.2013

  • Властивості та застосування титана. Магнієтермічний спосіб отримання титанової губки. Технологія отримання титанового шлаку. Обладнання для отримання титанового шлаку. Витрата сировини, матеріалів на 1 т ільменітового концентрату та титанистого шлаку.

    курсовая работа [358,8 K], добавлен 06.11.2015

  • Обоснование выбора марки сплава для изготовления каркаса самолета, летающего с дозвуковыми скоростями. Химический состав дуралюмина, его механические и физические свойства, и технологические методы их обеспечения. Анализ конечной структуры сплава.

    контрольная работа [597,7 K], добавлен 24.01.2012

  • Современное состояние вопроса исследования напряженно-деформированного состояния конструкций космических летательных аппаратов. Уравнения теории упругости. Свойства титана и титанового сплава. Описание комплекса съемочной аппаратуры микроспутников.

    дипломная работа [6,2 M], добавлен 15.06.2014

  • Характеристика сплава ВТ22, его химические свойства, плотность, процессы ковки и штамповки, применение. Расчет массы заготовки. Определение производственной программы для производства прутков из сплава Вт22, выбор режима работы и расчет фонда времени.

    курсовая работа [166,7 K], добавлен 11.11.2010

  • Обработка поверхности сплавов при помощи сильноточных электронных пучков (СЭП) с целью формирования многослойной многофазной мелкодисперсной структуры. Влияние плотности энергии и длительности импульса СЭП на внутреннюю структуру твердого сплава.

    дипломная работа [3,7 M], добавлен 27.07.2015

  • Химический состав, назначение сплава марки ХН75МБТЮ. Требования к металлу открытой выплавки. Разработка технологии выплавки сплава марки. Выбор оборудования, расчет технологических параметров. Материальный баланс плавки. Требования к дальнейшему переделу.

    курсовая работа [294,9 K], добавлен 04.07.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.