Состояние конструкционных материалов может быть определено локальными методами, в частности, при использовании СЗМ, которые проводятся в заводских условиях на работающем оборудовании. Разработки компании НТИ дополнили стандартную методику скрайбирования поверхности ее СЗМ-исследованиями.
Состояние конструкционных материалов может быть определено локальными методами, в частности, при использовании СЗМ, которые проводятся в заводских условиях на работающем оборудовании. Разработки компании НТИ дополнили стандартную методику скрайбирования поверхности ее СЗМ-исследованиями.
Профиль скрайбирования может характеризовать твердость поверхности исследуемого материала, его прочностные и пластические характеристики, поскольку существует связь характеристик таких профилей и объемных свойств материала. В статье представлены числовые характеристики профилей поверхности в области скрайбирования, полученные с разной статической нагрузкой для конструкционных сталей в различных состояниях. Результаты таких измерений можно использовать для определения состояния КМ. При исследовании производился выбор нагрузок скрайбирования, когда числовые характеристики профилей канавок наиболее информативны для определения состояния сталей и их сплавов. В качестве исходных были взяты полученные с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) изображения поверхностей различных образцов в известных состояниях, использованных при формировании библиотеки таких материалов. Как отмечают специалисты, АСМ – сравнительно новый инструмент для диагностики поверхностей КМ промышленного оборудования, однако преимущества такой диагностики подтверждаются многочисленными экспериментами. Для АСМ характерны:
сверхвысокое пространственное разрешение (единицы нанометров); отсутствие необходимости использования сложной вакуумной техники; отработанный математический аппарат обработки изображений; возможность одновременного измерения твердости материала; оперативное получение результатов; возможность определения структурных и механических характеристик материалов. Существенное преимущество АСМ – получение трехмерного изображения исследуемого участка, тогда как при традиционной оптической металлографии создаются ее плоские двумерные изображения (рис.1). Это позволяет исследовать поверхность с помощью ее трехмерного изображения и использовать для вычислений соответствующие численные значения. Важно отметить, что оптическая микроскопия скрайбированной поверхности даже при максимальном увеличении не позволяет сделать выводы о свойствах материала. При нанесении царапины со статической нагрузкой в 20 г на снимке поверхности металла можно наблюдать только перпендикулярные друг другу серые полосы (рис.2). На рис.3 представлено АСМ-изображение этой же области. Такие изображения можно получить с очень высоким разрешением, четко зафиксировав все особенности рельефа поверхности исследуемого образца. Возможность построения профиля области скрайбирования и оцифровка изображения позволяют судить о пластичности и других свойствах КМ. При выполнении такой работы главной задачей является определение перечня числовых параметров, которые будут фиксироваться по создаваемому профилю. Они служат исходными данными для дальнейшей обработки, цель которой – определение состояния КМ в реальном изделии. Схема профиля поверхности образца после скрайбирования представлена на рис.4. Перечень числовых характеристик, которые могут быть сняты с изображения, приведен в табл.1. Для исследования областей, полученных при воздействии на индентор различной статической нагрузки, были выбраны четыре образца сталей и сплавов. На каждый из них оказывалось воздействие нагрузками 20, 10 и 5 г. Нагрузка в 20 г первоначально считалась стандартной для получения данных в общепринятых металлографических методах. Однако в других экспериментах проводились исследования с уменьшенной статической нагрузкой. При этом ставилась цель получения данных о нагрузке, оказывающей минимальное влияние на поверхность образца КМ, но дающей приемлемые результаты для определения его состояния. На рис.5 представлены АСМ-изображения области скрайбирования при воздействии нагрузок в 20, 10 и 5 г. Для каждого скрайбирования проводился расчет числовых характеристик (табл.2) и приводились графики соответствующих профилей (рис.6). Авторы пришли к выводу, что числовые данные для статической нагрузки в 5 г дают достаточно информации для определения состояния КМ. Полученные результаты создают основу для использования числовых характеристик профилей поверхностей образцов сталей в области скрайбирования при исследовании состояния поверхностей с помощью АСМ и, в частности, для определения необходимой марки стали и ее состояния. ■