Захарченко А.В.

(Университет «Украина», г. Киев)

МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЁВ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ

Актуальность проблемы исследования и контроля физико-механических свойств материалов вблизи поверхности и в технологических приповерхностных слоях (ПС) обусловлена тем обстоятельством, что с контактным взаимодействием и контактной деформацией связаны почти все современные методы обработки, упрочнения и твёрдофазного соединения материалов, а также процессы трения и изнашивания. Среди способов, предлагаемых для исследования ПС материалов, надо отметить испытания на микротвёрдость методами непрерывного вдавливания (индентор движется по нормали к поверхности) и сканирования (индентор движется по касательной к поверхности) алмазным индентором, металлографии и топографии.

Существующие приборы не позволяют проводить испытания материалов в реальном масштабе времени, в режиме мониторинга, что значительно снижает производительность и информативность, увеличивает погрешность, связанную с субъективными факторами. Всегда существовала потребность в разработке настольной конструкции прибора, работающим в режиме мониторинга и обладающим бесконтактным нагружателем и датчиками перемещения индентора. В 1987 году И.М. Закиевым под руководством проф. В.В. Запорожца был изготовлен первый настольный аналоговый вариант прибора серии «Микрон-гамма» на базе серийного микротвёрдомера ПМТ-3. В настоящей работе использовалась последняя модификация прибора «Микрон-гамма-9» с широкими функциональными возможностями.

Метод непрерывного вдавливания индентора по принципиально новой схеме испытаний по глубине отпечатка существенно расширяет получаемую информацию. Ранее практика показала ограниченность схемы испытаний по диагонали отпечатка. Но метод не позволяет провести комплексную оценку состояния ПС. В связи с этим значительный интерес представляет анализ динамических эффектов контактного взаимодействия разработанным трибоспектральным (склерометрии) методом. Эффект изменения динамических характеристик фрикционного контакта был отмечен В.В. Запорожцем.

Трибоспектральный метод микромеханических испытаний, разработанный и внедрённый в 1960-х гг. в лаборатории КИИГА под руководством проф. В.В. Запорожца, базируется на непрерывной регистрации двух составляющих сопротивления движению индентора по поверхности с заданной нагрузкой. Выбор склерометрии основан на качественном подобии напряжённо-деформированного состояния и масштабного уровня повреждений при трении и деформации поверхности индентором.

Метод металлографии позволяет производить: количественный анализ изображения; анализ неметаллических включений; анализ пористости; анализ зёренной структуры; фазовый анализ; регистрацию в динамике процессов разрушения и трещинообразования; построение трёхмерной яркостной модели поверхности; прицельный «укол» в необходимом месте поверхности, при этом наблюдая за изображением на экране монитора.

Метод топографии основан на сканировании поверхности индентором при минимальной нагрузке (около 0,1 г) с последующей обработкой профилограмм и позволяет: регистрировать параметры шероховатости поверхности; строить трёхмерный профиль поверхности.

Максимально на экран монитора за один сеанс можно выводить 16 диаграмм внедрения, которые в автоматизированном режиме можно сглаживать, усреднять, аппроксимировать, сдвигать, вычитать и сравнивать с теоретической кривой нагружения. Для пользователя предусмотрена возможность введения разработанным математически-графическим редактором формул расчёта параметров индентирования и построения графиков, полученных на основании собственных разработок. Такой подход предусматривает гибкость прибора «Микрон-гамма-9» как нового инструмента для исследования физико-механических свойств материалов.