Методы оценки физико-меха- нического состояния поверх-

Ности

Измерение микротвердости является ос­новным методом определения механических характеристик поверхностного слоя. Микро­твердость исследуют методом вдавливания алмазной пирамиды на приборах ПМТ-3 и ПМТ-5. Наиболее удобно исследовать глу­бину поверхностного слоя и изменение его ми­кротвердости по мере удаления от поверхно­сти по микрошлифу, выполненному в виде косого среза под углом 0°30^/—2°.

Основными методами определения оста­точных макронапряжений являются механиче­ские и рентгеновские. Различают механические методы: расчетные и экспериментальные (не- разрушающие и разрушающие). Расчетные методы позволяют теоретически рассчитать эпюру остаточных напряжений на основании данных о механических свойствах обрабаты­ваемого материала, форме и размерах детали и условиях силового и термического нагруже- ния. Экспериментальные неразрушающие ме­тоды, основываясь на изменении размеров де­талей в результате воздействия остаточных напряжений, позволяют определить их величи­ну; деталь в этом случае не разрушается.

Остаточные напряжения широко иссле­дуют, используя экспериментальные разру­шающие методы Н. Н. Давиденкова, Г. Закса и др. Напряжения определяют расчетом по де­формации образца после снятия с него напря­женного слоя.

Рентгеновский метод целесообразно приме­нять для оценки величины и знака напряжений в деталях малых размеров и сложной формы, для которых механические методы применять трудно, а также для исследования тонких слоев. Этот метод основан на измерении меж­атомных расстояний в напряженном и нена­пряженном металле. Деформацию кристалли­ческой решетки измеряют по дифракционным линиям, которые характеризуются смещением их относительно аналогичных линий у нена­пряженного материала, а также шириной и интенсивностью.

Перспективным является метод определе­ния остаточных напряжений по изменению электромагнитных свойств поверхностного слоя, который позволяет определять оста­точные макронапряжения в тонком поверх­ностном слое без разрушения. Однако для по­строения полной эпюры напряжений требуется послойное стравливание металла.

Перспективен метод бесконтактного нераз- рушающего исследования деформаций детали для определения остаточных напряжений ме­тодом голографической интерферометрии. Он пригоден для исследования деталей простой и сложной формы, позволяя обнаруживать области повышенной концентрации оста­точных напряжений.

Поляризационно-оптический метод изуче­ния остаточных напряжений в деталях из ме­таллов и их сплавов в этом случае заменяют исследованием модели прозрачных и полу­прозрачных оптически активных материалов (эпоксидных смол, стекла, плексигласа, целлу­лоида и др.), обеспечив в ней геометрическое, тепловое и механическое подобие.

Микронапряжения и статические искажения кристаллической решетки 3-го рода (напряже­ния 3-го рода) определяют только с помощью методов рентгеноструктурного анализа — по уширению интерференционных линий на рент­генограммах и дифрактограммах.

Наиболее распространенным оптическим методом исследования поверхности является оптическая микроскопия полированных метал­лических поверхностей. С помощью металло­графических микроскопов проводят металло­графический анализ поверхностей для опреде­ления фазового состава, количественного со­держания фаз, формы и размеров структурных составляющих. Применяя оптическую микро­скопию, определяют также плотность дисло­каций с использованием травления. Для ме­таллографического анализа используют ми­кроскопы МИМ-7, МИМ-8.

Электронную микроскопию применяют для изучения кристаллографии и дефектов структуры. Изображение можно получить в проходящих лучах (просвечивающая элек­тронная микроскопия) и в отраженных.

Просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) позволяют получить разрешение до 10"⁹ м (10 А). Для исследования поверхности с нее необходимо снимать тонкие, прозрачные для электронов реплики (отпечатки).

Отражательные электронные микроскопы работают по принципу сканирования («ощупывания») исследуемой поверхности электронным лучом, имеющим развертку по двум взаимно перпендикулярным направле­ниям (растровые электронные микроскопы — РЭМ). Изображение в РЭМе получается на экране электронно-лучевой трубки и может быть сфотографировано. Диаметр электронно­го пучка не превышает 10"⁸ м (100 А), что по­зволяет исследовать малые участки поверхно­сти.

Основное преимущество электронных ми­кроскопов по сравнению с оптическими за­ключается в сочетании большого увеличения (до 100 000 ^х у РЭМ и 500 000 ^х у ПЭМ) с большой глубиной резкости (порядка единиц и десятков микрометров). Это позволяет при большом увеличении детали одновременно на­блюдать поверхности, находящиеся на разных высотах, и получить наглядное «объемное» из­ображение структуры поверхности.

Для получения информации о процессах деформации, фазовых переходах, разрушении и других используют энергетический спектр экзоэлектронов. Эмиссия электронов, т. е. вы­лет электронов с поверхности металла, может быть вызвана различными причинами. Низко­температурную эмиссию электронов различ­ной природы объединяет «экзоэлектронная эмиссия». К этому же методу относится метод анализа состояния поверхности с помощью измерения работы выхода электронов. Работа выхода чувствительна к фазовым превраще­ниям, изменению напряженного состояния.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Демкин Н. Б., Рыжов Э. В. Качество по­верхности и контакт деталей машин. М.: Ма­шиностроение, 1981. 244 с.