Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам
Измерение твердости композитов системы cBN–Al с содержанием в шихте 10, 20, и 30 % и Al и их упругих характеристик показало , что между модулями E и G, с одной стороны, и твердостью HV, с другой, имеется линейная зависимость. Пролонгация этой зависимости на значение твердости алмаза (100 ГПа) позвол...
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63253 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам / М.Г. Лошак, Л.И. Александрова // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 296-298. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63253 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Лошак, М.Г. Александрова, Л.И. 2014-05-31T07:37:49Z 2014-05-31T07:37:49Z 2011 Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам / М.Г. Лошак, Л.И. Александрова // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 296-298. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63253 621.921.34 – 419: 539. 8 Измерение твердости композитов системы cBN–Al с содержанием в шихте 10, 20, и 30 % и Al и их упругих характеристик показало , что между модулями E и G, с одной стороны, и твердостью HV, с другой, имеется линейная зависимость. Пролонгация этой зависимости на значение твердости алмаза (100 ГПа) позволяет оценить модуль сдвига алмаза величиной 570 ГПа. Вимірювання твердості композитів системи cBN–С із вмістом у вихідній шихті 10,20 та 30 % Al та їх пружних характеристик показало, що між модулями E та G, з однієї сторони та твердістю HVвиконується лінійна залежність. Подовження цієї залежності до твердості 100 ГПа, яка відповідає твердості алмазу, дозволяє оцінити величину модуля зсуву алмазу G у 570 ГПа. Measurements of hardness and elastic characteristics of composites of the cBN–Al system (with 10, 20, and 30 wt% Al) have shown that the E and G values are related to the HV value by the linear dependence. The extension of this dependence to the diamond hardness value (100 GPa) has allowed us to evaluate the diamond shear modulus at 570 GPa. Авторы выражают благодарность кандидату физико–математических наук О. Н. Запорожцу и Ю. В. Русаковой за выполнение работ по определению упругих характеристик образцов. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам |
| spellingShingle |
Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам Лошак, М.Г. Александрова, Л.И. Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| title_short |
Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам |
| title_full |
Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам |
| title_fullStr |
Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам |
| title_full_unstemmed |
Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам |
| title_sort |
определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам |
| author |
Лошак, М.Г. Александрова, Л.И. |
| author_facet |
Лошак, М.Г. Александрова, Л.И. |
| topic |
Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| topic_facet |
Инструментальные, конструкционные и функциональные материалы на основе алмаза и кубического нитрида бора |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
Измерение твердости композитов системы cBN–Al с содержанием в шихте 10, 20, и 30 % и Al и их упругих характеристик показало , что между модулями E и G, с одной стороны, и твердостью HV, с другой, имеется линейная зависимость. Пролонгация этой зависимости на значение твердости алмаза (100 ГПа) позволяет оценить модуль сдвига алмаза величиной 570 ГПа.
Вимірювання твердості композитів системи cBN–С із вмістом у вихідній шихті 10,20 та 30 % Al та їх пружних характеристик показало, що між модулями E та G, з однієї сторони та твердістю HVвиконується лінійна залежність. Подовження цієї залежності до твердості 100 ГПа, яка відповідає твердості алмазу, дозволяє оцінити величину модуля зсуву алмазу G у 570 ГПа.
Measurements of hardness and elastic characteristics of composites of the cBN–Al system (with 10, 20, and 30 wt% Al) have shown that the E and G values are related to the HV value by the linear dependence. The extension of this dependence to the diamond hardness value (100 GPa) has allowed us to evaluate the diamond shear modulus at 570 GPa.
|
| issn |
2223-3938 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63253 |
| citation_txt |
Определение твердости сверхтвердых материалов по их упругим характеристикам / М.Г. Лошак, Л.И. Александрова // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 296-298. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT lošakmg opredelenietverdostisverhtverdyhmaterialovpoihuprugimharakteristikam AT aleksandrovali opredelenietverdostisverhtverdyhmaterialovpoihuprugimharakteristikam |
| first_indexed |
2025-11-26T05:56:14Z |
| last_indexed |
2025-11-26T05:56:14Z |
| _version_ |
1850611704985026560 |
| fulltext |
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
296
УДК 621.921.34 – 419: 539. 8
М. Г. Лошак, д-р техн. наук; Л. И. Александрова, канд. техн. наук
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
ПО ИХ УПРУГИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
Измерение твердости композитов системы cBN–Al с содержанием в шихте 10, 20, и 30 % и
Al и их упругих характеристик показало , что между модулями E и G, с одной стороны, и
твердостью HV, с другой, имеется линейная зависимость. Пролонгация этой зависимости на
значение твердости алмаза (100 ГПа) позволяет оценить модуль сдвига алмаза величиной 570 ГПа.
Ключевые слова: твердость, модули упругости, линейная связь.
Обычно твердость металлов определяют вдавливанием в него значительно более твердого
тела: шарика на приборе Бринелля или алмазной пирамиды на приборе Виккерса. Напряжение в
металле, создаваемое при вдавливании в него наконечника, вначале носит упругий характер.
Остаточная деформация в виде отпечатка наконечника образуется при напряжении, существенно
превышающем предел текучести. Поэтому для пластичных металлов численные показатели
твердости пропорциональны их прочности при растяжении. Для хрупких материалов, у которых
высокая твердость может сочетаться с относительно небольшим пределом прочности при
растяжении, прямой пропорциональности между прочностью и твердостью не существует. В то же
время для многих материалов установлена определенная корреляционная связь между модулями
объемной деформации В и сдвига G, с одной стороны, и твердостью по Виккерсу – с другой [1, 2].
В настоящей работе исследовали связь упругих характеристик сверхтвердых композитов
системы cBN–Al с их твердостью по Виккерсу.
Методика эксперимента
Образцы для исследований предоставил Н.П. Беженар. Исследовали композиты системы
cBN–Al с содержанием в шихте 10, 20 и 30% Al. Шихту спекали по двухстадийному режиму с
предварительным насыщением алюминием в течение t = 20 с при Р = 2,5 ГПа и Т = 1300K. Условия
окончательного спекания приведены в табл.1.
Таблица 1. Условия окончательного спекания образцов
Образец Давление
спекания,
ГПа
Температура
спекания, K
Длительность
спекания,
с
Средний размер зерна, мкм
cBN Al
А10-3
А10-5
А10-7
А20-3
А20-5
А30-3
А30-5
4,2 1750
180
300
420
180
300
180
130
2,3 26
После спекания цилиндрические образцы диаметром 10 мм и высотой 3 мм шлифовали
алмазным инструментом, обеспечивая плоскопаралельность оснований. По одному из оснований
изготовляли шлиф путем полирования алмазными пастами.
Твердость образцов измеряли твердомером, оснащенным пирамидой Виккерса, при нагрузке
на индентор 50 Н, упругие характеристики –импульсной ультразвуковой диагностикой[3],
продольную (Vі ) и поперечную (Vt ) скорости ультразвуковой волны – на оригинальной
ультразвуковой установке [4] в частотном диапазоне 10–30 МГц с инструментальной погрешностью
0,01% на часовой базе 10 мкс. Плотность d измеряли дифференциальным методом гидростатического
взвешивания с использованием кварцевого эталона. Упругие характеристики – модули Юнга Е,
РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
297
сдвига G, всестороннего сжатия В и коэффициент Пуассона n рассчитывали по известным форму-
лам[5]:
G = 2
tdV ; Е = GA; B = GA/3(3 – A);
n = E/2G – 1 = ( 2a – 2)/2( 2a – 1),
где А = (3 2a – 4)/( 2a – 1); a = Vi/Vt .
Результаты испытаний
Результаты определения упругих характеристик модулей и твердости композитов системы
cBN–Al приведены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты определения упругих характеристик и твердости композитов системы
cBN–Al
Образец №
образца
ρ,
г/см3
Vi,
м/с
Vc,
м/с
Е,
ГПа
G,
ГПа
B,
ГПа
n HV5,
ГПа
А10-3 1 3,26 13134,7 8650,5 544,70 243,92 236,7 0,117 30,2
А10-5 2 3,28 13000,0 8606,9 539,41 242,98 230,5 0,110 30,8
А10-7 3 3,29 12925,0 8708,2 540,89 249,49 216,4 0,084 31,1
А30-5 4 3,19 12097,4 7727,3 440,77 190,48 214,0 0,156 20,0
А30-3 5 3,15 11540,9 7632,4 407,71 183,49 175,0 0,111 18,8
А20-3 6 3,25 13085,4 8448,8 530,10 231,99 247,7 0,142 26,9
А20-5 7 3,25 12831,4 8543,1 522,76 237,19 218,7 0,102 27,3
Зависимость между модулем упругости Е и твердостью показана на рис. 1, между модулем
сдвига G и твердостью – на рис.2.
Рис.1 Связь модуля упругости при растя-
жении Е и твердости по Виккерсу HV5
Рис.2 Связь модуля упругости при
сдвиге G и твердости по Виккерсу HV5
Из рис.1, 2 следует, что между упругими модулями Е и G, , и твердостью HV, с другой, в
исследованном интервале твердости композитов наблюдается линейная связь. Если зависимость,
приведенную на рис. 2, пролонгировать на твердость около 100 ГПа (рис. 3), что соответствует
твердости алмаза, то модуль сдвига G для этого материала будет соответственно порядка 570 ГПа,
что совпадает с данными, приведенными в [1]. Что же касается модуля объемной деформации В,
можно отметить только некоторую тенденцию его уменьшения с увеличением содержания Al в
композите. Однако разброс данных настолько велик, что следует говорить и о влиянии других
факторов на модуль объемной деформации.
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
298
Рис. 3 Определение модуля G для алмаза, твердость которого принята 100 ГПа
Выводы
1. Для композиционных материалов системы cBN–Al установлена линейная связь между
модулями упругости Е и G с твердостью по Виккерсу, что позволяет по упругим характеристикам
оценивать твердость композитов и наоборот, по значению твердости судить об их упругих
характеристиках.
2. Значения модуля объемной деформации для данного класса композитов имеют большой
разброс, который отмечается также в [1].
Авторы выражают благодарность кандидату физико–математических наук О. Н. Запорожцу и
Ю. В. Русаковой за выполнение работ по определению упругих характеристик образцов.
Вимірювання твердості композитів системи cBN–С із вмістом у вихідній шихті 10,20 та
30 % Al та їх пружних характеристик показало, що між модулями E та G, з однієї сторони та
твердістю HVвиконується лінійна залежність. Подовження цієї залежності до твердості 100 ГПа,
яка відповідає твердості алмазу, дозволяє оцінити величину модуля зсуву алмазу G у 570 ГПа.
Ключові слова: твердість, модулі пружності. лінійний зв’язок.
Measurements of hardness and elastic characteristics of composites of the cBN–Al system (with 10,
20, and 30 wt% Al) have shown that the E and G values are related to the HV value by the linear depen-
dence. The extension of this dependence to the diamond hardness value (100 GPa) has allowed us to eva-
luate the diamond shear modulus at 570 GPa.
Key words: hardness, elastic modulus, linear dependence.
Литература
1. Tse I.S. Intrinsic hardness of сrystalline Solids //Сверхтвердые матер. – 2010. – № 3. – С. 46–65.
2. Gao F.M., Gao L.H. Microscopic models of hardness // Сверхтвердые матер. –2010. – № 3. – С. 9–32.
3. Условия получения крупногабаритных заготовок гексанита Р и их характеристики /(А.В. Боч-
ко, В.В. Ярош Т.Р.Балан и др.)//Порошковая металлургия – 1998. – № 12. – C. 55–63.
4. Установка для ультразвукового неруйнівного контролю температурних полів і термічних на-
пруг в корпусах водоводяних ядерних реакторів при імпульсному тепловому навантаженні:
Зб. наук ст. /(М.О. Дордієнко, О.І. Запорожець, Р.О. Мазманян та ін.) – 2009. – С. 299–305.
5. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. – М.: Иностр. лит., 1956. – 726 с.
Поступила 03.06.11
|