Контроль качества покрытий. Определение механических свойств (твердости) покрытий, страница 3

Неоднородность поля остаточных напряжений способствует развитию точечной коррозии, ускоренному протеканию диффузионных процессов в условиях эксплуатации при повышенных температурах,

Методы измерения остаточных напряжений делят на разрушающие и неразрушающие.

Наиболее распространенный неразрушающий метод — рентгеновский. Широкое применение наклонной съемки позволило использовать рентгеновскую тензометрию в практике измерения остаточных напряжений. Метод основан на измерении микродеформаций кристаллической решетки материала, вызванных действием остаточных напряжений. Рентгеновскую съемку можно проводить на дифрактометрах УРС-50 и УРС-50ИМ, ДРОН-3 и др. Основные преимущества рентгеновского метода: возможность определения напряжений без разрушения исследуемого объекта; исключение воздействия на исследуемый объект в процессе измерений каких-либо посторонних факторов; возможность многократных измерений одного и того участка образца; локальность; пригодность для измерения напряжений в деталях сложной конфигурации; возможность дифференцирования измеряемых напряжений на составляющие по направлению их действия; высокие точность и производительность.

Недостаток использования рентгеновского метода для определения остаточных напряжений — непригодность при наличии в поверхностном слое материала значительных градиентов концентраций.

Из разрушающих методов наиболее распространен так называемый механический метод, основанный на измерении деформации образца (или детали), возникающей при разгрузке. Остаточные напряжения уравновешены внутри тела — их равнодействующая и момент в любом сечении равны нулю. При удалении какой-либо части напряженного тела равновесие напряжений в оставшейся части нарушается — возникают упругие деформации, измерив которые можно определить остаточные напряжения. Разгрузки достигают удалением напряженных слоев (стравливанием, обтачиванием и резкой). Таким образом, для определения остаточных напряжений необходимо: удалить часть напряженного тела или нарушить его связи; измерить деформации, возникающие при удалении части напряженного тела или нарушении его связей; вычислить напряжения по измеренным деформациям.

Широко распространены приборы, позволяющие автоматически записывать изменение стрелы прогиба исследуемого образца при непрерывном удалении напряженных слоев электрохимическим или химическим травлением. Необходимым условием является выбор электролита, обеспечивающий равномерный съем металла по глубине при заданной производительности. Травление образца производят с одной из исследуемых поверхностей, остальную часть защищают от действия электролита воском, лаком или другими защитными покрытиями.

Следует отметить, что электролитическое и химическое травление большей части сплавов в кислотных реактивах приводит к наводорaживанию поверхности исследуемого образца. В результате поглощения водорода в поверхностных слоях возникают остаточные напряжения, которые накладываются на исследуемые напряжения и искажают результаты измерений. Применяют и оптико-механические установки для определения напряжений, отличающиеся от рассмотренных по принципу регистрации деформации образца.

Недостатки механического метода — разрушение изделия при измерении напряжений, сложность определения напряжений в малых объектах и отдельных участках тела с концентрацией напряжений, влияние дополнительных факторов на результаты измерений при разрушении тела от остаточных напряжений (вырезание образца, наводорaживание и др.).

Малые деформации, соизмеримые с тепловыми, измеряют с помощью проволочных датчиков (тензометрирование), используя изменение омического сопротивления проводников при деформации. В электрических тензометрах, кроме датчиков электросопротивления, применяют емкостные, индуктивные, фотоэлектрические и другие датчики; перспективно использование электронной лампы с подвижным анодом (механотрон).

Другой способ исследования напряжений — нанесение на исследуемый участок слоя пластмассы или другого фотоупругого материала. Световые лучи, проходя через фотоупругое покрытие, претерпевают двойное преломление пропорционально степени деформации системы. Наблюдение и измерение проводят в поляризованном свете; при этом возникают черные и цветные полосы, соответствующие распределению напряжений в исследуемом объекте.

С помощью описанных методов исследовано влияние остаточных напряжений на коррозионную стойкость хромовых покрытий. Как показали результаты измерений, для хромовых покрытий характерны напряжения сжатия, неоднородные по толщине. Напряжения максимальны в поверхностных слоях. Значительные остаточные напряжения возникают при нанесении износостойких покрытий (толщиной более 8 мкм) из карбидов, нитридов и их аналогов на инструмент.