Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Особенности измерения твёрдости металлической поверхности, модифицированной ультрадисперсными частицами минералов

https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-3-212-221

Полный текст:

Аннотация

Одной из важных характеристик свойств поверхности металлических деталей, подвергающихся трению, является твёрдость. Измерения твёрдости важны для определения эксплуатационных характеристик деталей и контроле технологических режимов модификации поверхности. Однако измерения твёрдости тонких модифицированных слоёв, выполненные разными методами, могут приводить к различию результатов измерений. Целью данной работы являлось исследование твёрдости поверхности металла, модифицированной ультрадисперсными частицами минералов, двумя различными методами (инструментального индентирования и измерения твёрдости по Виккерсу) и сравнительный анализ результатов измерений, полученных этими методами.

Стандартные измерения твёрдости по Виккерсу при нагрузках 0,025, 0,1 и 0,5 кгс показали качественное отличие значений твёрдости двух образцов, модифицированных разными смесями ультрадисперсных частиц минералов и большую неоднородность значений твёрдости по площади. Методом инструментальной твёрдости выполнены стандартные измерения без предварительного выбора места индентирования (при нагрузке 1,05 Н) и измерения при индентировании в ровные участки (при малых нагрузках 10 мН).

Отмечено, что высокая прецизионность измерений, реализуемая методом инструментального индентирования, из-за большой шероховатости образцов приводит к большим значениям погрешности при расчёте результатов измерений. Дополнительную разницу результатов измерений, выполненных двумя методами на малых глубинах индентирования, может вносить то, что исследуемый объект имеет сложную структуру, состоящую из матрицы металла и частиц, распределённых по глубине образца. Возможный выход из ситуации заключается в переходе от использования мер твёрдости при калибровке приборов к стандартным образцам свойств, для которых будет обеспечено постоянство механических свойств в измеряемом диапазоне глубин индентирования, но которые пока отсутствуют в исследовательской практике. Поэтому в настоящее время при проведении работ, связанных с поиском оптимальных условий получения тонких износостойких слоёв на поверхности металлов, модифицированных ультрадисперсными частицами минералов, рекомендуются сравнительные измерения, выполненные одним методом измерения.

Об авторах

А. B. Сказочкин
Калужский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы
Россия

 Адрес для переписки: А.В. Сказочкин. – Калужский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы, ул. Окружная 4, стр. 3, Калуга 248030, Россия 
e-mail: avskaz@rambler.ru



Г. Г. Бондаренко
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Россия
ул. Мясницкая, 20, Москва 101000


П. Жуковский
Люблинский технологический университет
Польша
ул. Надбыстрицкая, 38А, Люблин 20-618


Список литературы

1. Kislov S.V., Kislov V.G., Skazochkin A.V., Bondarenko G.G., Tikhonov A.N. Effective mineral coatings for hardening the surface of metallic materials. Russian Metallurgy (Metally), 2015, no. 7, pp. 558–564. DOI: 10.1134/S0036029515070095

2. Skazochkin A., Bondarenko G., Kislov S. Research of Tribological Features of Steel Surface by Creating Mineral Coatings. Journal of Engineering Science and Technology Review, 2018, no. 11(6), pp. 138−143. DOI: 10.25103/jestr.116.17

3. Skazochkin A.V., Useinov A.S., Kislov S.V. Surface hardening of titanium alloy by minerals. Letters on Materials, 2018, no. 8(1), pp. 81−87. DOI: 10.22226/2410-3535-2018-1-81-87

4. Skazochkin A.V., Bondarenko G.G., Zukowski P. Research of Surface Wear Resistance of Aluminum Alloy Modified with Minerals using Sclerometry Method. Devices and Methods of Measurements, 2019, vol. 10, no. 3, рр. 263–270. DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-3-263-270

5. Khodabakhshi F., Simchi A., Kokabi A.H. Surface modifications of an aluminum-magnesium alloy through reactive stir friction processing with titanium oxide nanoparticles for enhanced sliding wear resistance. Surface and Coatings Technology, 2017, vol. 309, pp. 114−123. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.11.060

6. Adebisi A.A., Maleque M.A., Rahman Md.M. Metal matrix composite brake rotor: historical development and product life cycle analysis. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 2011, vol. 4, pp. 471−480. DOI: 10.15282/ijame.4.2011.8.0038

7. Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of hardness and elastic byinstrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. J. Mater. Res., 2004, vol. 19, no. 1, pp. 3−20.

8. Potapov A.I., Gogolinskiy K.V., Syasko V.A., Umanskiy A.S., Kondratiev A.V. Methodological and metrological aspects of materials mechanical properties measurements by instrumented indentation. Testing. Diagnostics, 2016, no. 8, pp. 16−21. DOI: 10.14489/td.2016.08.pp.016-021

9. Useinov S., Solov’ev V., Gogolinskiy K., Useinov A., L’vova N. [Measurement of the mechanical properties of materials with nanometer resolution]. Nanoindustriya [Nanoindustry], 2010, no. 2, pp. 30−35 (in Russian).

10. Morozov E.M., Zernin M.V. Kontaktnye zadachi mekhaniki razrusheniya [Contact problems of fracture mechanics]. M: Mashinistroenie, 1999, 543 p.

11. Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. J. Mater. Res., 1992, vol. 7, no. 6, pp. 1564−1583.

12. Bhushan B. Modern Tribology Handbook, Two Volume Set, USA, CRC Press Inc, 2000, p. 1760.

13. Useinov A., Gogolinskiy K., Reshetov V. Mutual consistency of hardness testing at microand nanometer scales. Int. J. Mater. Res., 2009, vol. 100, pp. 968–972. DOI: 10.3139/146.110138

14. Potapov A.I., Gogolinskiy K.V., Kondratiev A.V., Umanskiy A.S. Indirect assessment of indenter area function for measuring mechanical properties by instrumented indentation. Testing. Diagnostics, 2017, no. 2, pp. 28–32. DOI: 10.14489/td.2017.02.pp.028-032

15. Maslenikova I., Reshetov V.N., Useinov A.S. Mapping the Elastic Modulus of a Surface with a NanoScan 3D Scanning Microscope. Instruments and Experimental Techniques, 2015, vol. 58, no. 5, pp. 711– 717. DOI: 10.1134/S0020441215040223

16. Bhushan B., Li X. Micromechanical and tribological characterization of doped single-crystal silicon and polysilicon films for microelectromechanical systems devices. Journal of Materials Research, 1997, vol. 12, no. 1, pp. 54–63.

17. Zhang P., Li S.X., Zhang Z.F. General relationship between strength and hardness. Materials Science and Engineering A., 2011, vol. 529, pp. 62–73. DOI: 10.1016/j.msea.2011.08.061

18. Grishin A.M., Khartsev S.I., Bohlmark J., Ahlgren M. Ultra-hard AlMgB14 coatings fabricated by RF magnetron sputtering from stoichiometric target. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, 2015, vol. 100, pp. 680–687. DOI: 10.1134/S0021364014220056

19. Gogolinskiy K.V., Reshetov V.N., Useinov A.S. [On the unification of the determination of hardness and the possibility of transition when measuring it to dimensional values]. Izmeritel’naya tekhnika [Measuring technique], 2011, no. 7, pp. 28–34 (in Russian).

20. Aslanyan A.E., Aslanyan E.G., Gavrilkin S.M., Doinikov A.S., Temnitskiy I.N., Shipunov A.N. [State primary standard of rigidity according to Martens scales and indentation scales GET 211-2014]. Izmeritel’naya tekhnika [Measuring technique], 2016, no. 6, pp. 3–6 (in Russian).


Для цитирования:


Сказочкин А.B., Бондаренко Г.Г., Жуковский П. Особенности измерения твёрдости металлической поверхности, модифицированной ультрадисперсными частицами минералов. Приборы и методы измерений. 2020;11(3):212-221. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-3-212-221

For citation:


Skazochkin A.V., Bondarenko G.G., Żukowski P. Features of Measuring the Hardness of a Metal Surface Modified with Ultrafine Particles of Minerals. Devices and Methods of Measurements. 2020;11(3):212-221. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-3-212-221

Просмотров: 93


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)