eng
Выпуск #8/2012
А.Гневко, А.Мальцев, С.Пушко
Характеристика профилей скрайбирования при СЗМ-исследовании поверхностей сталей и сплавов
Характеристика профилей скрайбирования при СЗМ-исследовании поверхностей сталей и сплавов
Просмотры: 2898
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.
Теги: atomic force microscopy deformation metal metallography numerical characteristics scanning probe microscopy steel асм деформации металл металлография сзм сталь числовые характеристики поверхности
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. ■
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. ■
Отзывы читателей
