postgraduate student
аспирант
graduate student
магистрант
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor
доктор физико-математических наук, профессор
The study of the parts fracture surface is the basic and important part of determination of the fracture process causes and chronology. The quality and objectivity of fractographic analysis depends largely on the effectiveness of tools used for the fracture study. The main disadvantage of traditional methods used in this area is the two-dimensionality of images that greatly complicates the quantitative analysis of the fracture surface. In this context, the method of confocal laser scanning microscopy (CLSM) is one of the prospective techniques providing a high-quality measuring accuracy of the objects surface geometry in three-dimensional space, a wide scanning range along the vertical axis and the necessary depth of field. Moreover, CLSM method does not require the electrical conductivity and special specimen surface preparation, as well as the presence of vacuum.
In this study, the authors developed and tested the technique of exposure and further impact specimen fractures analysis using the CLSM. To be the subject of research, the authors selected the fractures of fully brittle and fully ductile fracture surfaces of 20 grade steel, the fractures of which were obtained during impact tests of the specimens hold at the temperatures of -196°C and +150°C, respectively. During the research, the optimal amplification, the lens type, the scanning pitch and the image noise filter were determined. The research showed that to measure the fracture surface ductility it is possible to use such parameter as the characteristic fracture surface area Sr, which value changes significantly while going from ductile to brittle fracture. The research showed that the CLSM application allows converting the qualitative analysis of metal products fracture into quantitative one improving the objectivity and accuracy of fractographic analysis.
Исследование поверхности разрушения деталей является первоначальным и весьма ответственным этапом на пути выяснения причин и хронологии процесса разрушения. При этом качество и объективность фрактографического анализа во многом зависит от эффективности инструмента, применяемого для изучения излома. Основным недостатком традиционных методов, применяемых в данной области, является двухмерность получаемых изображений, что в значительной степени затрудняет количественную оценку поверхности разрушения. В этом смысле высокой перспективностью обладает метод конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ), обеспечивающий высокую точность измерения геометрии поверхности объектов в трехмерном пространстве, широкий диапазон сканирования по вертикальной оси, необходимую глубину резкости и при этом не требующий электропроводности и специальной подготовки поверхности образца, а также наличия вакуума.
В настоящем исследовании разработана и апробирована методика съемки и последующего анализа изломов ударных образцов при помощи КЛСМ. В качестве объектов исследования выбраны изломы образцов стали 20 в полностью хрупком и полностью вязком состояниях, что достигалось за счет ударных испытаний образцов, выдержанных при температурах –196 оС и +150 оС соответственно. Установлены оптимальные увеличение, тип объектива, шаг сканирования и способ фильтрации получаемых изображений от шумов. Кроме того, показано, что в качестве меры вязкости поверхности разрушения может быть использован такой параметр, как характеристическая площадь поверхности разрушения Sr, величина которого существенно изменяется при переходе от хрупкого излома к вязкому. Показано, что применение КЛСМ позволяет перевести анализ разрушения металлических изделий с качественного на количественный уровень, повышая объективность и точность фрактографических исследований.