пїњ

¬Ћ»яЌ»≈ –ј«Ћ»„Ќџ’ ‘ј “ќ–ќ¬ Ќј ѕќ√–≈ЎЌќ—“» »«ћ≈–≈Ќ»я ћ» –ќ“¬≈–ƒќ—“» ÷≈ћ≈Ќ“»“ј ’–ќћќЌ» ≈Ћ≈¬ќ√ќ „”√”Ќј

”ƒ  620.178
¬Ћ»яЌ»≈ –ј«Ћ»„Ќџ’ ‘ј “ќ–ќ¬ Ќј ѕќ√–≈ЎЌќ—“» »«ћ≈–≈Ќ»я ћ» –ќ“¬≈–ƒќ—“» ÷≈ћ≈Ќ“»“ј ’–ќћќЌ» ≈Ћ≈¬ќ√ќ „”√”Ќј ¬.». ћощенок, профессор, к.т.н., ».¬. ƒощечкина, доцент, к.т.н.,
».≈.  ухарева, аспирант, ’Ќјƒ”, “.—. —кобло, профессор, д.т.н.,
ј.». —идашенко, профессор, к.т.н., ¬.ћ. ¬ласовец, профессор, д.т.н.,
ё.ƒ.  расников, студент, ’Ќ“”—’
јннотаци€. –ассмотрены факторы, вли€ющие на погрешность измерени€ микротвердости цементита в интервале нагрузок 0,049 -1,962 Ќ. ”точнены рекомендации дл€ пересмотра √ќ—“ 9450-78.
 лючевые слова: микротвердость, погрешность измерени€, цементит, восстановленный отпечаток, нагрузка на индентор.
¬ѕЋ»¬ –≤«Ќ»’ ‘ј “ќ–≤¬ Ќј ѕќ’»Ѕ » ¬»ћ≤–ё¬јЌЌя ћ≤ –ќ“¬≈–ƒќ—“≤ ÷≈ћ≈Ќ“»“” ’–ќћќЌ≤ ≈Ћ≈¬ќ√ќ „ј¬”Ќ”
¬.≤. ћощенок, професор, к.т.н., ≤.¬. ƒощечк≥на, доцент, к.т.н.,
≤.™.  ухарева, асп≥рант, ’Ќјƒ”, “.—. —кобло, професор, д.т.н., ј.≤. —≥дашенко, професор, к.т.н., ¬.ћ. ¬ласовець, професор, д.т.н.,
ё.ƒ.  расн≥ков, студент, ’Ќ“”—’
јнотац≥€. –озгл€нуто фактори, що впливають на похибки вим≥рюванн€ м≥кротвердост≥ цементиту в ≥нтервал≥ навантаженн€ 0,049-1,962Ќ. ”точнено рекомендац≥њ дл€ перегл€ду √ќ—“ 9450-78.
 лючов≥ слова: м≥кротверд≥сть, похибка вим≥рюванн€, цементит, в≥дновлений в≥дбиток, навантаженн€ на ≥ндентор.
INFLUENCE OF VARIOUS FACTORS ON MICROHARDNESS TEST ERRORS OF CEMENTITE OF Cr-Ni CAST IRON V. Moschenok, Professor, Candidate of Technical Science, I. Doshchechkina, Associate Professor, Candidate of Technical Science, I. Kukhareva, post-graduate, KhNAHU,
T. Skoblo, Professor, Doctor of Technical Science, A. Sidashenko, Doctor of Technical Science, V. Vlasovets, Professor, Doctor of Technical Science,
Y. Krasnikov, student, KhNTAU
Abstract. The factors that influence on microhardness test errors of cementite under test loading from 0.049 to 1.962 N were investigated. The recommendations for reconsidering GOST 9450-78 were specified.
Key words: microhardness, test errors, cementite, recovered indent, test load.
¬ведение ство проката. ƒл€ обеспечени€ необходимого
комплекса свойств, прежде всего твердости и ¬алки прокатных станков €вл€ютс€ необхо- износостойкости, рабочий слой валков отли-
димым элементом технологии производства вают из хромоникелевого чугуна, который
листового металла. ќт их эксплуатационной содержит значительную долю легированного
стойкости в значительной мере зависит каче- цементита [1]. ¬ зависимости от условий по-
лучени€ чугуна, степени легировани€ эта карбидна€ фаза может иметь различную микротвердость. ј именно микротвердость €вл€етс€ оценочным параметром качества рабочей поверхности прокатного валка. ѕоэтому оценка вли€ни€ различных факторов на погрешности еЄ измерени€ €вл€етс€ актуальной.
јнализ публикаций
»змерение микротвердости материалов на сегодн€шний день регламентировано √ќ—“ 9450. ќднако этот нормативный документ не указывает на необходимость соблюдени€ р€да специальных условий при испытании и не предусматривает оценки погрешностей измерени€, что вносит некоторую неопределенность в получаемые результаты индентировани€ структурных составл€ющих, особенно таких твердых и хрупких как цементит [1, 2].
¬ предыдущих работах [3, 4] была выполнена оценка вли€ни€ различных факторов на погрешность измерени€ микротвердости ау-стенита и феррита, котора€ позволила уточнить оптимальную нагрузку на индентор, при которой фиксируютс€ не только стабильные, но и наиболее точные показатели микротвердости структурных составл€ющих.
ƒанна€ работа продолжает цикл исследований, направленных на уточнение положений стандарта √ќ—“ 9450-78, и посв€щена исследованию свойств цементита.
÷ель и постановка задачи
÷ель работы - оценить вли€ние различных факторов на погрешность измерени€ микротвердости цементита.
ƒл€ достижени€ поставленной цели изучали вли€ние скорости нагружени€ индентора, жесткости подложки, на которой находитс€ образец, пол€ распределени€ пластических деформаций вокруг отпечатка, границ зерен, величины нагружени€ и времени выдержки на уровень микротвердости и разброс еЄ значений.
–езультаты исследований очень важны дл€ разработки отраслевого стандарта контрол€ качества рабочей поверхности прокатных валков.
ћатериалы и методики исследований
»сследовали цементит хромоникелевого чугуна, из которого был получен поверхностный слой бочки прокатного валка методом центробежного лить€.
ћикротвердость оценивали на приборе ѕћ“-3 методом восстановленного отпечатка при внедрении в поверхность алмазной пирамиды ¬иккерса под нагрузкой от 0,049 до 1,962 Ќ.
 ак правило, диагонали отпечатка измер€ютс€ окул€рным микрометром с точностью до 0,15 мкм. ќднако при определении микротвердости твердых и хрупких фаз отпечаток очень часто искажен, имеет сколы и трещины, что приводит к существенной ошибке в ее оценке. Ќами был использован усовершенствованный прибор ѕћ“-3, соединенный с персональным компьютером, что позвол€ет увеличить отпечаток и измерить его с большей точностью. ƒлина диагоналей отпечатка рассчитываетс€ автоматически, и определ€етс€ их среднее значение. ƒанна€ методика менее трудоемка, более продуктивна€ и точна€.
–езультаты эксперимента и их обсуждение
Ќесмотр€ на высокую микротвердость карбидной фазы, в хромоникелевом чугуне вокруг отпечатка присутствует зона пластической деформации, равна€ 14-23 % от его площади (рис. 1), котора€ может быть как однородной вокруг всего отпечатка (рис. 1, а), так и неоднородной - только с двух сторон отпечатка (рис. 1, б).
—ледует отметить анизотропию геометрии отпечатка под действием различных нагрузок: при – = 0,049 Ќ и 0,098 Ќ фиксируетс€ выпуклый отпечаток (рис. 2, а, б), при – = 0,196 Ќ - отпечаток практически правильной ромбической формы (рис. 2, в), а при – > 0,490 Ќ - отпечаток вогнутый (рис. 2, г). ќшибка, которую вносит деформаци€ сторон восстановленного отпечатка при минимальных и максимальных нагрузках, равна 9 и 15 % соответственно.
ƒеформаци€ не одинакова по разным направлени€м - наибольша€ в середине сторон, а наименьша€ - по углам отпечатка.
а б
–ис. 1. ‘орма зоны пластической деформации цементита вокруг отпечатков под нагрузкой 1,962 Ќ. —трелками указаны контуры однородной (а) и неоднородностей (б) зон пластической деформации
в г
–ис. 2. »скажение формы отпечатка при нагрузках 0,049 Ќ (а), 0,098 Ќ (б), 0,196 Ќ (в) и 0,490 Ќ (г). —трелками указаны выпуклые и вогнутые стороны отпечатка
ѕри измерении микротвердости цементита »сследовали вли€ние рассто€ни€ между цен-
часто фиксируютс€ сколы и трещины под трами отпечатков на уровень микротвердо-
индентором (рис. 3). сти (рис. 4).
а б
–ис. 3. “рещины у отпечатка (а), а также сколы и трещины (указаны стрелками) в карбидной фазе (б) при индентировании под нагрузкой: а - 1,962 Ќ; б - 0,49 Ќ
–ис. 4. ќценка вли€ни€ рассто€ни€ между отпечатками на уровень микротвердости. ѕор€док проведени€ измерений указан цифрами, где нагрузка соответствует: 1 - 1,962 Ќ, 2 -7 -0,49 Ќ
¬ы€влено, что зона пластической деформации цементита имеет заниженную твердость (табл. 1).
“аблица 1 ¬ли€ние рассто€ни€ от кра€ отпечатка 1,962 Ќ на показатели микротвердости при 0,49 Ќ*
–ассто€ние от кра€ отпечатка, мкм «она Ќ50
0,96 ѕластической 1390
1,93 деформации 1400
3,47 ќсновной ме- 1470
5,8 талл 1570
9,6 1480
ѕримечание. * ¬ качестве исходной прин€та средн€€ величина твердости основного металла Ќ50=1480.
ѕрот€женность этой зоны составила от 2 до 3 мкм (рис. 1). «а ней начинаетс€ область основного недеформированного металла.
√лавной особенностью индентировани€ карбидной фазы €вл€етс€ необходимость подбора такой нагрузки, котора€ бы в меньшей степени способствовала по€влению микротрещин и сколов. — точки зрени€ вли€ни€ формы стороны отпечатка, наиболее рациональным €вл€етс€ использование нагрузок 0,196 Ќ и 0,49 Ќ. »змерени€ необходимо производить на рассто€нии полутора диагоналей от угла соседнего отпечатка и двух диагоналей от его боковой грани.
ƒл€ оценки оптимального уровн€ нагрузки при определении микротвердости цементита выполнили специальные исследовани€. ќценивали значение микротвердости и ее стандартное отклонение, измен€€ нагрузку в интервале 0,049 Ќ-1,962 Ќ (рис. 5).
ќтмечено снижение уровн€ микротвердости при возрастании нагрузки на индентор от
0,49 Ќ до 1,962 Ќ. ƒл€ малых нагрузок зафиксировано уменьшение уровн€ микротвердости на 47 % при индентировании под нагрузкой 0,049 Ќ по сравнению с 0,196 Ќ.
0,049 0,098 0,196 0,49 0,981 1,962
Ќагрузка на индентор, Ќ
500
400
300
200
100
0
0,049 0,098 0,196 0,49 0,981 1,962
Ќагрузка на индентор, Ќ
б
–ис. 5. —редн€€ микротвердость цементита (а) и ее стандартное отклонение (б) дл€ различной нагрузки
“аким образом, при измерении микротвердости цементита нагрузка 0,49 Ќ €вл€етс€ достаточной дл€ получени€ достоверных значений.
ѕри данной нагрузке необходимо сделать 5-10 измерений длин диагоналей и произвести обработку результатов по формуле математической статистики с целью определени€ среднего значени€ микротвердости.
’орошие результаты дает так называема€ несмещенна€ оценка дисперсии или среднеквадратичное отклонение [5]
G2 =
1
п -1
≤ (Ќ - Ќ)
где п - число измерений; Ќ - результат отдельного измерени€.
“очность определени€ микротвердости определ€етс€ по формуле
Ћ а Ћ =-----------
( Ћ2
1 G
V V- )
«а счет увеличени€ числа измерений можно неограниченно уменьшать доверительный интервал. ќднако систематическа€ ошибка при этом не снижаетс€. ѕоэтому целесообразно брать п до 10, так как возрастающа€ трудоемкость эксперимента не оправдываетс€ достигаемой точностью оценки.
¬ыводы
ѕо результатам определени€ микротвердости цементита можно сделать следующие выводы:
1. »меет место значительна€ пластическа€ деформаци€ сторон отпечатка и минимальна€ - в его углах. ѕрот€женность фронта пластической деформации сторон отпечатка в зависимости от нагрузки достигает 14-23 % от его площади.
2. ѕогрешность, вносима€ деформацией сторон отпечатка в оценку твердости, составл€ет 9-15 % при минимальной и максимальной нагрузке соответственно.
3. »змерени€ твердости необходимо производить на рассто€нии двух диагоналей от боковой грани и полутора диагоналей от угла соседнего отпечатка.
а
2
п-1
п
где а - параметр доверительного интервала, равный 1,65.
5. Ќагрузка на индентор, обеспечивающа€ наибольшую точность измерений микротвердости цементита, составл€ет 0,49 Ќ.
6. ƒл€ получени€ стабильной и наиболее точной оценки микротвердости необходимо выполнить пор€дка 10 измерений.
Ћитература
1. ћеталловедение и термическа€ обработка
стали и чугуна: справ. : в 3 т. / Ѕ.—. Ѕок-штейн, ё.√. ¬екслер, Ѕ.ј. ƒроздовский, Ћ.ћ.  апуткина. - “. 2: —троение стали и чугуна. - ћ.: »нтермет »нжиниринг, 2004. - 526 с.
2. √ригорович ¬. . “вердость и микротвер-
дость металлов / ¬. . √ригорович. - ћ.: Ќаука, 1976. - 230 с.
3. ¬ли€ние различных факторов на погреш-
ности измерени€ микротвердости аусте-нитной структурной составл€ющей стали 12’18Ќ10“ / ¬.». ћощенок,
“.—. —кобло, ».¬. ƒощечкина и др. // ¬естник ’Ќјƒ”: сб. научн. тр. - 2009.
- ¬ып. 43. - —.68-70.
4. ¬ли€ние различных факторов на погреш-
ности измерени€ микротвердости феррита армко-железа / ¬.». ћощенок, “.—. —кобло, ».¬. ƒощечкина и др. // ¬естник ’Ќјƒ”: сб. научн. тр. - 2010.
- ¬ып. 51. - —.85-89.
5. Ћокошко ¬.¬. Ќекоторые услови€ досто-
верности определени€ микротвердости покрытий износостойких хрупких фаз /
¬.¬. Ћокошко, ≈.≈.  удр€вцев. - ћ.: ÷Ќ»»“автоминформ, 1992. - 27 с.
–ецензент: ».ѕ. √ладкий, профессор, к.т.н., ’Ќјƒ”.
—тать€ поступила в редакцию 17 ма€ 2011 г.

пїњ