Физические методы изучения состояния поверхностных слоев

В настоящей главе, касающейся изучения кинетики изнашивания, авторы используют как литературные источники, так и собственные результаты исследований, выполненных в разные годы в Самарском государственном техническом университете.

Отличительной чертой наших исследований является их комплексный характер, что выражалось в одновременном изучении группы процессов и явлений, наблюдавшихся при изнашивании образцов и деталей.

При исследованиях в трибологии используют ряд общепринятых характеристик материалов. Приведем их краткий обзор.

Твердость. Впервые эта характеристика была введена Моосом, предложившим шкалу твердости различных минералов.

В настоящее время под твердостью материала принято считать сопротивление, которое оказывает испытуемое тело при внедрении в него более твердого индентора.

Твердость измеряют методами Бринеля (вдавливание шарика), Виккерса (вдавливание четырехгранной алмазной пирамиды с углом между гранями 136°), Роквелла (вдавливание алмазного конуса с углом при вершине 120°. Эти методы удобны в производстве и широко применяются для контроля качества деталей.

При измерении твердости на небольших участках поверхностей применяют метод измерения микротвердости при малых нагрузках на индентор от 0,02 до 0,2 кг. Микротвердость можно измерить в пределах одного зерна, на границах его карбидных включений, по косому шлифу для изучения изменений твердости по глубине от поверхности и др.

Метод микротвердости обычно применяют в исследовательских целях.

Следует отметить, что основные достоинства методов твердости и микротвердости - их простота и высокая объективность, - не компенсируют ограниченности получаемых сведений для изучения физических процессов, происходящих в материалах.

Схемы измерений твердости приведены на рис. 4.3. – 4.7.

Р и с. 4.3. Схема измерения твердости по Бринелю		Р и с. 4.4. Схема измерения твердости по Виккерсу

Пластичность. Как указывалось в гл. 3, для трибологии имеет важное значение характеристика пластических свойств антифрикционных материалов. Однако в отличие от твердости или модуля упругости характеристика пластичности материала является структурно-чувствительной и зависит от состояния материала, поэтому не существует характеристики пластичности материалов, которая являлась бы его константой.

Пластичность в понятиях механики деформируемого твердого тела означает необратимую деформацию материала под действием внешних сил. Обычно ее выражают через относительную деформацию сдвига под действием сдвигающего напряжения (t_cd).

По уравнению Я.И. Френкеля

, (4.13)

где G - модуль сдвига; a - межатомное расстояние в направлении скольжения; в - межплоскостное расстояние.

а б в г
Р и с. 4.5. Схематическое изображение измерения твердости по шкале С. Роквелла:
а – перед началом измерения; б - «установка нуля», дана предварительная нагрузка; в - дана основная нагрузка; г – считывание результата по шкале индикатора, основная нагрузка снята
		Нm=P/S
Р и с. 4.6. Связь между глубиной отпечатка и твердостью по шкале С.Роквелла		Р и с. 4.7. Схема измерения микротвердости по Виккерсу

В кинетическом подходе энергетической характеристикой или мерой пластичности материалов принято считать энергию активации пластической деформации (см. гл. 3).