Műszaki diagnosztika

Törésmechanika keménységmérésből

A gyártás során a törésmechanikai vizsgálatok egyre nagyobb jelentőségre tesznek szert. A kerámiák törési szívósságának meghatározásában új utat nyit a műszerezett nano-Vickers-keménységmérés.

hirdetés

A kerámiákat (például a magnézium-oxidot) egyre gyakrabban alkalmazzák az iparban – főként az elektronikában – jó hővezetésük, valamint kitűnő elektromos szigetelőképességük miatt. Már most sem elhanyagolható a jelentőségük, de német kutatók szerint a jövő technológiáiban kulcsfontosságú szerepet fognak betölteni.

A számítástechnika és az elektronika fejlődésével lehetővé vált a műszaki eszközök (mobiltelefonok, laptopok, kamerák stb.) méretének csökkentése, aminek következtében jelentősen megnövekedtek a hűtéssel kapcsolatos problémák. Szűk helyen nehéz megoldani a ventilátoros hűtést, és a hűtőbordákat sem lehet egy határon túl zsugorítani, mert nagymértékben csökkenne ezzel a hatásfok.

Kerámia Vickers-mérése során keletkezett lenyomat és repedés (forrás: Grimas)
Kerámia Vickers-mérése során keletkezett lenyomat és repedés (forrás: Grimas)

A jelzett okok következtében számottevően megnövekedett az igény a Peltier-elemek használatára. A Peltier-modul egy olyan hűtés-fűtés funkcióra használható félvezető eszköz, amely feszültségvezérelt hőszivattyúként működik. A Peltier-eszközök félvezetőit takaró hőátvivő elemek kerámiából készülnek. A kerámiára jellemző, hogy rideg, kis sűrűségű, kopásálló, kemény anyag.

Olyan elektronikai eszközöknél, ahol mozgásban van a termék – például járművekbe szerelt mobil eszközök –, fontos, hogy az ütődéseknek, rezgéseknek ellenálljon az elektronika mellett a Peltier-elem is. A kerámia ridegsége megköveteli a törésmechanikai vizsgálatokat a gyártás során, ugyanis egy hajszálrepedés is végzetes lehet rideg anyagok esetén.

A legfontosabb anyagjellemző

Az anyagvizsgálatban a törési szívósság olyan anyagjellemző, amely megmutatja az anyag töréssel szembeni ellenálló képességét, amikor az repedést tartalmaz. A kerámiák tervezési folyamatában ez a legfontosabb anyagjellemző. Az anyag lineárisan rugalmas törési szívósságát a feszültségintenzitási faktorból határozzák meg ott, ahol egy vékony repedés elkezd az anyagban növekedni. Ezt az anyagjellemzőt KIC-vel jelöljük, mértékegysége Pa√m.

Vickers-nyom körüli repedés felül- és oldalnézetben
Vickers-nyom körüli repedés felül- és oldalnézetben

Számos módszer használatos a törési szívósság meghatározására kerámiák esetén. Ilyen például a műszerezett nano-Vickers-keménységmérés is. A Vickers-keménységmérés során a keletkezett lenyomat átlóinak lemérésével kapjuk a Vickers-keménység HV-vel jelzett értékét. Műszerezett keménységmérés esetén a mérőberendezéshez csatlakoztatott számítógép segítségével felvesszük a benyomódási görbét (erő a benyomódási mélység függvényében) is, amelyből további anyagjellemzőket határozhatunk meg (például folyáshatár, törési szívósság, diszlokáció-ötvöző kölcsönhatás dinamikus hatásai, szakítószilárdság).

Repedések hosszúsága

Rideg anyagok Vickers-mérése során a szabályos négyszög csúcsaiból repedések (Palmqvist-repedés) indulnak ki az átlóval egy vonalban, ezért törésmechanikai szempontból a Vickers-benyomódásos módszer főként a repedés hosszúságának mérésén alapszik, aminek megvan az az előnye, hogy könnyen használható, azonban nem mérhető vele a kritikus repedésnövekedés, valamint nehéz megállapítani a repedés pontos hosszúságát.

Niihara és munkatársai a moszkvai Szilárdtestfizikai Kutatóintézetben úgy találták, hogy Palmqvist-repedések esetén a törési szívósság a következő összefüggéssel adható meg:

ahol l a repedés hossza, a a Vickers-nyom félátlója, E pedig a rugalmassági modulus. A dinamikus keménységmérés során kapott terhelés-mélység görbéből E, HV és a meghatározható, míg a nyom optikai vizsgálatával megkapjuk l értékét, így  a bemutatott képlettel számítható.

Megfelelő technikai háttérrel több ez a mérési eljárás, mint szimpla keménységmérés. Számos elvében és technológiájában is különböző mérési eljárás csoportja, amelyet a roncsolásos anyagvizsgálatok közé sorolunk. A mérés gyors és egyszerű, használata könnyen megtanulható, automatizálható. Napjainkban számítógépes támogatással még több időt takaríthatunk meg. A technológia fejlődése lehetővé tette azt is, hogy a korábban jellemző szemrevételezéses vizsgálat hibázási lehetőségeit kiküszöböljék az automatikus kiértékeléssel. Továbbá fontos szempont, hogy a gyártási folyamatba jól beilleszthető eljárásról beszélünk.

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés