В области прецизионных измерений измерительная машина длины является ключевым устройством, обеспечивающим точность размеров изделий, а характеристики материала, из которого она изготовлена, напрямую влияют на стабильность и срок службы оборудования. В последние годы в качестве материала для измерительной машины длины всё чаще используется гранит. Одной из важных причин этого является его исключительная усталостная прочность. Экспериментальные данные показывают, что усталостная прочность гранита в семь раз выше, чем у чугуна. Это существенное преимущество даёт надёжную гарантию продления срока службы основания измерительной машины длины.
Чтобы проверить разницу в усталостной прочности гранита и чугуна, исследовательская группа провела серию строгих экспериментов. В ходе эксперимента были отобраны образцы гранитных и чугунных оснований с одинаковыми характеристиками и в условиях, имитирующих одинаковые условия эксплуатации. В испытательной машине на усталость к образцам оснований из двух материалов периодически прикладывались изменяющиеся нагрузки для имитации внешних сил, таких как вибрация и давление, которым подвергается измеритель длины при длительной эксплуатации. В ходе эксперимента точно регистрировались изменения микроструктуры, состояние повреждения поверхности и степень ухудшения макроскопических механических свойств материала после каждого цикла нагружения.
После большого количества экспериментов с циклами нагружения результаты оказались примечательными. Очевидные усталостные трещины появились в образцах чугунного основания после относительно небольшого количества циклов нагружения. По мере увеличения числа циклов эти трещины непрерывно расширяются и сходятся, что приводит к разрушению структурной целостности материала и значительному снижению его механических свойств. Однако образцы гранитного основания начали показывать чрезвычайно мелкие микроскопические трещины только после прохождения циклов нагружения в несколько раз больше, чем образцы чугуна, а скорость распространения трещин была чрезвычайно медленной. С макроскопической точки зрения степень ухудшения механических свойств гранитных оснований намного ниже, чем у чугунных. Благодаря профессиональному анализу данных и расчетам был в конечном итоге сделан вывод, что усталостная прочность гранитного материала в семь раз выше, чем у чугуна.
Причина, по которой гранитные материалы обладают столь высокой усталостной прочностью, тесно связана с их внутренней структурой и минеральными свойствами. Гранит – это магматическая горная порода, образованная тесным сочетанием различных минеральных кристаллов. Минеральные частицы внутри него сцепляются друг с другом, образуя плотную и устойчивую структуру. Эта структура позволяет граниту равномерно распределять напряжение под воздействием внешних сил, уменьшая явление локальной концентрации напряжений и тем самым эффективно замедляя образование и распространение усталостных трещин. В противоположность этому, внутри чугуна присутствуют микроскопические поры и примеси. Эти дефекты становятся «питательной средой» для зарождения усталостных трещин. Под воздействием внешних сил они склонны вызывать концентрацию напряжений и ускорять усталостное разрушение материала.
Высокая усталостная прочность гранитного основания позволяет лучше сохранять устойчивость и точность конструкции при длительной эксплуатации. Погрешность измерения, вызванная усталостной деформацией основания, снижена, а надёжность результатов повышена. Кроме того, гранитное основание менее подвержено усталостным повреждениям, что значительно снижает частоту технического обслуживания и затраты на замену оборудования, а также значительно увеличивает общий срок службы измерительного устройства.
В современных производственных условиях, где требования к точности продукции постоянно растут, стабильность работы измерительной машины, как ключевого оборудования для контроля качества, имеет решающее значение. Гранит, обладающий усталостной прочностью, значительно превосходящей прочность чугуна, является лучшим выбором для проектирования и изготовления основания измерительной машины, становясь важным секретом продления срока службы основания измерительной машины и обеспечения точности измерений. Он, несомненно, будет играть всё большую роль в развитии технологий прецизионных измерений.
Время публикации: 13 мая 2025 г.