Способ подготовки образцов из хрупких неметаллических материалов к испытаниям на одноосное сжатие

 

Изобретение относится к испытаниям материалов на прочность при сжатии. Способ заключается в изготовлении металлических (стальных) обойм 2 в виде полых цилиндров и опор 3, их закалке, последующем нагреве до температуры рекристаллизации наружных сопрягаемых торцовых кромок опор 3 и обойм 2, а также кольцевой зоны 6 в обойме 2, одна из границ которой расположена на уровне кромки торца цилиндрического образца 1, шлифовке термообработанных сопрягаемых деталей, закреплении с помощью клеевого состава обойм 2 и соответствующих опор 3 на торцевых зонах цилиндрического образца 1 до совмещения наружных торцов обойм 2 и опор 3 в одной плоскости. При этом на наружных торцовых плоскостях сборной системы образуются кольцевые пластичные зоны 5. При нагружении образца 1 кольцевые пластичные зоны 5 и 6 обеспечивают равномерное пластическое деформирование опор 3 и обойм 2, что позволяет при создании в образце 1 напряжений, близких к предельным, получать равнонапряженное состояние по длине его рабочей части. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gy) ю. C 0 1 N 1 /?8, 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 1493921 (21) 4479298/23-26 (22) 01..09.88 (46) 15.10.90. Бюл. Р 38 (71) Киевский автомобильно-дорожный институт им. 60-летия Великой Октябрьской социалистической революции и

Институт проблем прочности АН УССР (72). И.И.Дьячков, В.С. Сипетов и В Е. 1 арченко (53) 620.173(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1493921,.кл. G 01 N 3/08, 1987. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВ5РНИЯ ОБРАЗПОВ

ИЗ ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ К ИСПЬГГАНИЯМ НА ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ (57) Изобретение относится к испытаниям материалов на прочность при сжатии. Способ заключается в изготовлении металлических (стальных) обойм

2 в виде полых цилиндров и опор 3, их закалке, последующем нагреве до

f температуры рекристаллизацни наружных сопрягаемых торцовых кромок опор 3 и обойм 2, а также кольцевой эоны 6 в обойме 2, одна из границ которой располо кена на уровне кромки торца цилиндрического образца 1, шлифовке термообработанных сопрягаемых деталей, закреплении с помощью клеевого состава обойм 2 и соответствующих опор 3 на торцовых зонах цилиндрического образца 1 до совмещения наружных торцов обойм 2 и опор 3 в одной плоскости.

При этом на наружных торцовых плоскостях сборной системы образуются кольцевые пластичные зоны 5. При нагружении образца 1 кольцевые пластичные зоны 5 и 6 обеспечивают равномерное пластическое деформирование опор 3 и обойм 2, что позволяет при создании в образце 1 напряжений, близких к предельным, получать равнонапряженное состояние по длине его рабочей части. 2 ил.

1599700

Изобретение относится к испытаниям материалов на прочность при ! сжатии и может найти применение при подготовке к испытаниям на одноос5 ное сжатие цилиндрических образцов из хрупких неметаллических материалов типа неорганического стекла, ситалла или керамики.

Пель изобретения — повьппение достоверности результатов испытаний путем снижения концентрации напряжений, воэникающих на кромке в торцовой зоне цилиндрического образца на стадии, предшествующей образованию в нем продольных трещин„

На фиг. 1 приведен образец, размещенный в обоймах с опорами; на фиг. 2 — схема нагрева.

Образец 1 иэ технического стекла марки 37-1 диаметром 10,00 мм с meроховатостью поверхностей Р z 0,320,63 мкм размещен в обоймах 2 из стали 40Х, закаленной до.НКС 30-32. На торцах образца 1 установлены опоры 3, 25 изготовленные из стали 4ОХ, также термообработанной до НРС 30-32, На внутренних опорных кромках обойм 2 выполнены фаски 4, Обоймы 2 и опоры 3 закреплены на образце 1 при помощи клеевого состава,П-9 содержащего

У следующие компоненты, мас.%: эпоксидная смола ЭД-16 76,?; дибутилфтолат

8,6;. полиэтиленполиамин 7,6; ацетон

7,6. На наружных торцовых кромках каждой обоймы 2 и опоры 3 имеются кольцевые пластичные зоны 5. Дополнительные кольцевые пластичные зоны 6 расположены в отверстии обоймы на уровне кромок цилиндрического образ.. ца 1. На образце 1 закреплены тенэо40

-" резисторы (не показаны) .

Система нагрева содержит одновиткавый водоохлаждаемый индуктор 7, Индуктор 7 выполнен в виде медной труб- 5 ки с толщиной стенки 1,8 мм и подключен к генератору ТВЧ (не показаны).

Кроме того, на обойме 2 установлены металлические накладки 8 для ограничения зоны воздействия ТВЧ щелью 9.

Контроль температуры производили при помощи пирометра (не показан).

Размеры образца i обоймы 2 и опоры 3 выбраны в соответствии с эмпирическими формулами: d - диаметр цилиндрического образца 1, d = 10,00 +

40,05 мм; I, — длина образца 1,(1, =

3,0d), T. = 30,00+0,06 мм; D — наружный диаметр обоймы 2(0 = 3,2), D = 32 2 мм; T,; — длина сборной системы (T.т = 4эÎd) 7, 1 = 40,00 ммь

h, — толщина опоры 3 (h, = 0,5d), h, = 5,О мм; h — глубина вклеивания образца (h = 0,5d), h = 5,0мм;

Ъ вЂ” толщина стенки полого цилиндра обоймы 2 (Ь = 1,1d), Ъ = 11,00 мм;

F — размер фаски 4 (F = 0,2dx60 )..

F = 2,0 60.; и „- исходный зазор между боковой поверхностью образца 1 и обоймы 2; д,= 0,1 мм; Д вЂ” исходный зазор между торцом образца 1 и торцом опоры 3; Д = 0,05 мм; Р— глубина пластичной зоны 5; Р = (0,190 21)d; Р = 1,9-2,1 мм; Р— глубина нагрева дополнительной пластичной зоны 6; Р„ = (О, 12-0, 16)d; Р, 1,2-1,6 мм; М вЂ” высота кольцевой зоны 6;. N = (1,9-2,1) Р,; N = 2,33,4 мм.

Пример, Предварительно перед установкой на образец 1 наружные сопрягаемые торцовые кромки закаленных обойм 2 и опор 3 подвергают нагреву до 1043 10?3 К на глубину Р, составляющую 1,9 мм, Нагрев осуществляют токами высокой частоты с помощью генератора ТВЧ, мощностью 10 кВт. Частоту питающего тока определяют из соотношения — (Гц), 6200 где Р— глубина нагреваемогo слоя, Для образца диаметром 10,00 мм:

Р = l,9 мм; частота у „: = 3263 Гц.

В данном случае для нагрева кромок используют С-образную форму индуктора, поскольку при такой форме снижается вероятность перегрева кромок.

Аналогично устанавливают параметры пластинчатых эон 6:. Р„.= 0,13 мм;

Р, = 1,3 мм; N = 1,9 Р,; М = 2,5 мм, Режим нагрева подбирают опытным путем. С индуктором 7 при частоте

Р,„ = 4770 Гц, излучаемой мощности

3 кВт и минимальном зазоре между индуктаром и обоймой 1,5-2,0 мм выдержка времени при 1043-1073 К составляла 3-5 с. Контроль температуры осуществляли при помощи пирометра типа "Смотрич".

После охлаждения на воздухе до комнатной температуры обоймы 2 и опоры 3 подвергают шлифовке до mepaxoватости сопрягаемых поверхностей обоймы 2 и опоры 3К „ 1,00-0 63 мкм.

Затем закрепляют их на образце 1 при

99700

5 15 помощи клеевого состава. Для создания качественной склейки соединяемые элементы принудительно с помощью струбцин прижимают друг к другу с усилием 50-60Н на время полимеризации клея, которое при 290-295 К составляет 20-24 ч. Далее образцы помещают в термошкафы, где при 353 К их выдерживают 8 ч, после чего остужают вместе с термостатом.

Сборную систему, включающую образец 1, жестко закрепленный в обоймах

2 с оп рами 3 размещают между опорными плитами йспытательной установки — пресса (не показаны) и подвергают образец 1 испытанию на одноосное сжатие до разрушения, При этом определяют максимальное значение характеристики временного сопротивления технического стекла СЭТ-1 при одноосном сжатии.

Р процессе нагружения происходит равномерное пластическое деформирование опор 3 и обойм 2 за счет разгрузки их твердых зон в кольцевых пластичных зонах 5 до момента предшествующего появлению продольных трещин в образце 1 (до напряжений в исследуемом материале & = (0,85-0,936 ).

После этого в образце 1 зоны высокой концентрации напряжений практически не образуются благодаря наличию дополнительных пластичных зон 6.

Пфи нагружении серии из 10 иден;тичных образцов существенно повыша ется достоверность полученных результатов — разрушение образцов происходит только в рабочем участке, размах значений составляет 1407-1620 МПа, среднее значение 1525 MITa коэффици-: ент вариации 5,9Х и в среднем на 12% выше, чем у образцов, подготовленныхк испытаниям по спосОбу-прототипу.

ITo сравнению с прототипом предлагаемый способ подготовки образцов к испытаниям позволяет повысить до5 стоверность результатов испытаний на одноосное кратковременное сжатие образцов из высокопрочных хрупких неметаллических материалов за счет снижения концентрации напряжений в тор,овых зонах образца при напряжениях в материале, близких к пределу, прочности н возможности практически равномерного пластического деАормирования силопередающих элементов— опор и обойм — путем создания колыб цевых пластических зон в силопередающих элементах

В таблице приведены значения предельной несущей способности образцов из технического стекла марки СЭТ-1 при кратковременных испытаниях на

1 одноосное сжатие.

Формула изобретения

Способ подготовки образцов из хрупких неметаллических материалов к испытаниям на одноосное сжатие по авт.св. Р 1493921, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения достоверности испытаний, кольцевую зону в отверстии обоймы дополнительно подвергают индукционному нагреву до температуры рекристаллизации, причем одну из границ кольцевой зоны располагают на уровне кромки торца цилиндрического образца, а глубину нагрева Р, выбирают из соотношения Р,, = (0,12-0,16)d, а высоту

M кольцевой зоны — из соотношения M = (1,9-?,1)Р„, где и . — диаметр цилиндрического образца, 1599700!

Тип образца, способ em подготовки к испытаниям

Количество образцов, шт,, Несущая способность, МЛа

Коэффициент вариации, 7.

Среднее значение

Размах значений

Цилиндрический образец (d 10 Т, 30 .;

P 0,19d + 1,9 мм), подготовленный по способу-прототипу

1364

1272-1446

Такой же образец (Р

О, 19d 1,9 мм), подготовленный по преллагаемому способу (глубина пластичной зоны Р

= 0,13d 1,3 мм, ее высота М = 1,9 мм;

Р . = 2,5 мм) 10

1525

1407-1620

5,9

Составигель И. Ландсберг

Техред A.Êðàâ÷óê

Корректор И. МУска

Редактор Т. Ларйенова

Заказ 3136 Тираж 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101