Способ изготовления составного полого цилиндрического образца для определения прочности сцепления покрытия с материалом

 

Изобретение относится к трибологии. Целью изобретения является повышение точности определения прочности сцепления покрытий с металлом. Используют два одинаковых полых цилиндра, цилиндрический шток и основание с отверстием. Первый цилиндр и расположенный внутри него шток размещают в отверстии основания торцами заподлицо с его поверхностью и наносят на них покрытие. Второй полый цилиндр располагают соосно первому и прикрепляют торцом к поверхности покрытия. Прорезают последнее на его толщину по внутреннему и внешнему периметрам второго цилиндра, удаляют шток и извлекают цилиндры из основания. Полученное сопряжение цилиндров испытывают на отрыв. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 N 19/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Е10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4642867/28 (22) 30.11.88 (46) 30.12.91. Б ол. ¹ 48 (71) Ижевский сельскохозяйственный институт (72) В.П. Беркутов (53) 620.178.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1341551, кл. G 01 N 19/04, 1986. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНОГО ПОЛОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ОБРАЗЦА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ

СЦЕПЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ С МАТЕРИАЛОМ (57) Изобретение относится к трибологии.

Целью изобретения является повышение

Изобретение относится к трибологии, а именно к способам изготовления образцов для определения прочности сцепления покрытий с основным материалом.

Известен способ изготовления составного образца-для определения прочности сепления покрытия с материалом, заключающийся в том, что используют полый цилиндр из исследуемого материала, цилиндрический шток, диаметр которого равен внутреннему диаметру полого цилиндра, основание с плоской поверхностью и цилиндрическим отверстием, ось которого перпендикулярна плоской поверхности, а глубина не менее длины полого цилиндра и штока, размещают цилиндр и вложенный в него шток в отверстие основания заподлицо с его плоской поверхностью и наносят на плоскую поверхность основания и торцы ци- . линдра и штока исследуемое покрытие.

Использование такого способа изготовления составного цилиндрического образца. Ю,„, 1702255 A l точности определения прочности сцепления покрытий с металлом. Используют два одинаковых полых цилиндра, цилиндрический шток и основание с отверстием. Первый цилиндр и расположенный внутри него шток размещают в отверстии основания торцами заподлицо с его поверхностью и наносят на них покрытие, Второй полый цилиндр располaãàþò соосно первому и прикрепляют торцом к поверхности покрытия.

Прорезают последнее на его толщину по внутреннему и внешнему периметрам второго цилиндра, удаляют шток и извлекают цилиндры иэ основания, Полученное сопряжение цилиндров испытывают на отрыв. 3 з.п,ф-лы, 7 ил, не обеспечивает при испытании полного выравнивания напряжений по зоне контакта покрытия с цилиндром, и поэтому точность определения прочности сцепления покрытия с основным материалом остается невысокой. Кроме того, прикрепление верхней пластины к покрытию осуществляют через отверстия в пластине изнутри ее и никак не удается прикрепить ее по кольцу, поэтому также возникают неравномерное распределение напряжений по контактной зоне прикрепления пластины с покрытием, что также приводит к снижению точности определения прочности сцепления с основным материалом, Целью изобретения является повышение точности определения прочности сцепления покрытий с материалом.

Это достигается тем, что используют дополнительный полый цилиндр, аналогичный основному, прикрепляют его торцом к поверхности покрытия соосно основному ци17022з5 линдру, прорезают покрытие на его толщину по внутреннему и внешнему периметрам дополнительного цилиндра и удаляют шток из основного цилиндра. Кроме того толщину и длину цилиндров выбирают соответственно от 0,01 до 0,2 и от 1 до 3 их наружного диаметра. Стенки основного и дополнительного цилиндров в местах их прикрепления к нагрузочному устройству выполняют утолщенными, причем у основного цилиндра путем уменьшения его внутреннего диаметра, а у дополнительного путем увеличения его внешнего диаметра. На торце дополнительного цилиндра перед его креплением к покрытию выполняют фаску под углом 20...70 к плоскости торца, На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления указанного способа; на фиг,2 — схема соединенных основного и дополнительного штифтов в процессе испытания; на фиг,3 — схема соединенных штифтов с тонкой стенкой в рабочей части штифта; на фиг.4 — диаграмма относительн ых на и ряжений о = = f (х) в зависимости от коО ггср ординаты исследуемой точки, для образца выполненного по ивестному способу; на фиг.5 — диаграмма относительных напряжений d = f(x) в зависимости от координаты исследуемой точки для образца, выполненного по предлагаемому способу; на фиг.б— зависимость коэффициента концентрации напряжений в зависимости от относительной толщины ao =-p(— ); на фиг.7 — диаг ( г1 рамма коэффициента неравномерности

I напряжений К 0 = ф(— ) в завлсимости от о относительной длины.

На чертежах даны следующие обозначения: 1. — осноьаниЕ, 2 — полый цилиндр, 3— дополнительный цилиндр, 4 — покрытие, 5— цилиндрический шток, 6 — фиксатор, 7— упоры, 8- рабочая часть штифта, 9 — нагрузочная часть штифта, 10 — хвостовик цилиндрического штока. 11 — головка цилиндрического штока. 12 — диаграмма относительных напряжений гУ = f(x) для образца-прототипа, 13 — диаграмма относительных напряжений для образца по заявленному способу, 14 — диаграмма зависимости коэффициента конценграций напряжений от относительной толщины стенки образца ao = у (— ), 15 — диаграмм о ма зависимости коэффициента неравномерI ности напряжений Kg =ô(— )от относительной рабочей длины.

1G

Обозначения: х — абсолютная координата исследуемой точки контакта покрытия со штифтом; d — внешний диаметр рабочей части цилиндра; d> - внутренний диаметр рабочей части цилиндра; d — внешний диаметр нагрузочной части дополнительного цилиндра; (32 — внутренний диаметр нагрузочной части полого цилиндра; t — толщина стенки рабочей части цилиндра; t — толщина покрытия; I — длина рабочей части цилиндра;

11 - длина нагрузочной части цилиндра; о P напряжение в исследуемой точке; гт р = ——

F. среднее напряжение по площади торца цилиндра; Р— разрушающая сила; F — площадь сопряжения цилиндра с покрыти0 ем; сР = — — относительное напряжение;

Оср

t = t/d — относительная толщина стенки

20 цилиндра; Р == !/d — относительная длина

Ггнаиб рабочей части цилиндра; К g = — коэфГтнаим фициент неравномерности напряжений; онана — наибольшее напряжение в

25 точках КоНТВКТВ торца цилиндра с покрытием; онаим — наименьшее напряжение; Š— модуль упругости материала цилиндра; е„— модуль упругости мат иала покрытия; j3— угол наклона,.фаски.

30 Способ осуществляют следующим образом.

3 отверстие основания 1 (см.фиг.1) устанавливают полый цллиндр 2 заподлицо с плоскостью основания, дополнительный ци35 линдр 3 выполняют так, чтобы размеры его рабочей части (внешний и внутренний диаметр, толщина стенки и длина) соответственно были равны размерам полого цилиндра 2. На поверхность основания 1 и

40 на торец цилиндра 2 наносят покрытие 4, причем предварительно перед нанесением покрытия в цилиндр вводят цилиндрический шток 5, торец которого устанавливают заподлицо с плоскостью торца цилиндра.

45 Цилиндр закрепляют в отверстии основания фиксатором 6, основание устанавливают на упорах 7. Цилиндры 2 и 3 имеют рабочие 8 и нагрузочные 9 части. Цилиндрический шток выполняют в виде хвостовика

50 10 с резьбой и головки 11, После нанесения покрытия 4 соосно основному цилиндру прикрепляют дополнительный цилиндр известным способом. например, с помощью лазерной сварки или

55 каким-либо другим способом. затем прорезают покрытие HB его толщину по внутренi ;ему и внешнему периметрам дополнительного цилиндра, удаляют цилиндрический шток иэ основного цилиндра и

1702255 полученный образец испытывают на отрыв (фиг.2).

При изготовлении основного и дополнительного цилиндра толщину 1 и длину l рабочей части выполняют соответственно 5 равными 0,01...0,2 и 1...3 величины наружного диаметра d цилиндра.

Для увееличения надежности крепления цилиндров в нагрузочном устройстве для случая с тонкостенными цилиндрами 10 стенки основного и дополнительного цилиндров в местах их прикрепления к нагрузочному устройству выполняют утолщенными, причем у основного цилиндра путем уменьшения его внутреннего диа- 15 метра, а у дополнительного путем увеличения его внешнего диаметра, Кроме того, для улучшения технологичности прикрепления дополнительного цилиндра на торце перед его креплением к. 20 покрытию выполняют фаску под угломер=

20...70 к плоскости торца (см.фиг.3). Такая форма торца дополнительного цилиндра обеспечивает доступ для прикрепления его к металлическому покрытию с помощью, на- 25 пример, лазерной сварки и другими методами.

Из сопоставления эпюр относительных напряжений фиг.4 и фиг,5 следует, что в первом случае коэффициент неравномерно- 30 сти равен К g = 1,64, во втором К о 1,09, а коэффициент концентрации напряжений равен в первом случае ag= 1,38, во втором случае агу= 1,06. Исходные параметры взяты одинаковыми в обоих случаях. В частности соотношение модуля упругости стального цилиндра к модулю упругости поЯ крытия было взято равным = 54; толщи п на покрытия t = 3 мм внешний диаметр цилиндра d = 20 мм; внутренний диаметр цилиндра d > = 17,5 мм; рабочая длина! = 60 мм.

Материал покрытия изготовлен на осно-. ве эпоксидной смолы ЭД-6, отвержденной малеиновыми ангидридом и пластифицированным дибутилфталатом в пропорции

100:30:5 весовых частей.

Так как точность определения прочности сцепления тем выше, чем меньше коэффициент концентрации напряжений, т.е. тем выше, чем ближе максимальное напряжение в зоне контакта к среднему напряжению, то следовательно заявленный способ обеспечивает более высокую точность опре- 55 деления прочности сцепления, чем прототип и базовый обьект.

Представленная на фиг.6 зависимость коэффициента концентрации от относительной толщины показывает, что чем тоньUle стенка цилиндра, тем ближе значение коэффициентов концентрации к единице.

Выбор пределов изменения толщины цилиндра t = 0,01...0,2 осуществлен исходя из опыта экспериментирования с различными покрытиями. Так, для работы с металлопокрытиями оптимальное значение толщины лежит ближе к нижнему пределу, а для работы с анаэробными, эпоксидными смолами оптимальное значение лежит ближе к верхнему пределу, Представленная на фиг.7 диаграмма коэффициента неравномерности напряжений в зависимости от величины рабочей длины показывает, что, чем больше длина рабочей части цилиндра, тем ближе коэффициент неравномерности к единице, тем следовательно выше гочность определения прочности сцепления покрытий с материалом, Выбор пределов изменения длины рабочей части осуществлен по результатам испытаний.

Так при значениях I < 1 недопустимо уменьшается точность испытания, а при 1 >

8 недопустимо увеличивается расход материала на образцы при сохранении одной и той же точности испытания, Выбор угла фаски осуществлен в пределах 3 = 20...70О. При Р (20 ухудшается доступ в приконтактную зону дополнительного цилиндра с покрытием, при этом затрудняется крепление этого цилиндра к покрытию. При P > 70 увеличивается расход присадочного (приварочного) материала.

Изготовление по заявленному способу составного образца для определения прочности сцепления покрытия обеспечивает существенное увеличение точности определения прочности сцепления покрытий с основой, расширение функциональных возможностей способа за счет расширения класса испытуемых покрытий, т.к. способ позволяет проводить испытание не только клеевых. но и металлических покрытий, улучшение технологичности прикрепления дополнительного цилиндра к металлопокрытиям.

Формула изобретения

1. Способ изготовления составного полого цилиндрического образца для определения прочности сцепления покрытия с материалом, заключающийся в том, что используют полый цилиндр из исследуемого материала, цилиндрический шток, диаметр которого равен внутреннему диаметру полого цилиндра, и основание с плоской поверхностью и цилиндрическим отверстием, ось которого перпендикулярна плоской поверхности, а глубина не менее длины полого цилиндра и штока, размещают цилиндр и вложенный в него шток в отверстие основания заподлицо с его плоской поверхностью и наносят на плоскую поверхность основания и торцы цилиндра и штока исследуемое покрытие, от лича ющи и с я тем, что, с целью повышения точности определения прочности сцепления, используют дополнительный полый цилиндр, аналогичный основному, прикрепляют его торцом к поверхности покрытия соосно основному цилиндру, прорезают покрытие на его толщину по внутреннему и внешнему периметрам дополнительного цилиндра и удаляют шток из основного цилиндра.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину и длину цилиндров выбирают соответственно от 0,01 до 0,2 и от 1 до

3 их наружного диаметра.

5 3, Способ по пп.1 и 2,отл ича ющийс я тем, что стенки основного и дополнительного цилиндров в местах их прикрепления к нагрузочному устройству выполняют утолщенными, причем у основного цилинд10 ра путем уменьшения era внутреннего диаметра, а у дополнительного путем увеличения его внешнего диаметра, 4. Способ по п,1,отл ича ю щийся тем, что на торце дополнительного цилинд15 ра перед его креплением к покрытию выполняют фаску под углом 20...70 к плоскости торца.

1702255

1702255

13

13

Рб

У7

1702255

ИХ5

4ьР д

Составитель В.Беркутов

Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик

Редактор Л.Народная

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4538 Т.и раж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5