Способ установления соответствия мартенситного двигателя заданным рабочим параметрам
Применение: в машиностроении, а именно при контроле выходных параметров мартенситного двигателя. Сущность изобретения: предварительно измеряют уровень внутренних напряжений ов в материале термочувствительного элемента двигателя и по заданной номинальной нагрузке Рн находят эффективную площадь поперечного сечения S РН/ ов. Истинную площадь поперечного сечения So термочувствительного элемента выбирают в зависимости от S и числа рабочих циклов п, так что , 104 . 102, п 10; 2,OS S0, 1,5S ,QS , S .5S ;0,5S S0 S , ,5S в результате обеспечивается максимум удельной совершаемой двигателем работы при заданных номинальной нагрузке Рн и числе рабочих циклов. 1 з. п. ф-лы, 3 ил. « Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)э F 03 G 7/06 а
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4761264/06 (22) 24.11.89 (46) 23.11.92, Бюл, 43 (71) Ленинградский кораблестроительный институт и Научно-производственный кооператив Центр перспективных разработок
"Катран" (72) А. В. Остапенко, К. M. Березин, А. В.
Пурлац и И. С. борцов (56) Авторское свидетельство СССР
М 1388583. кл, F 04 R 43/00, 1988, (54) СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ СООТВЕТСТВИЯ МАРТЕНСИТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ЗАДАННЫМ РАБОЧИМ ПАРАМЕТРАМ (57) Применение: в машиностроении, а именно при контроле выходных параметров мартенситного двигателя. Сущность изоИзобретение относится к машиностроению, а именно к способам установления соответствия мартенситного двигателя (МД) заданным рабочим параметрам, и может быть использовано в различных отраслях исследования МД, например, при выходном контроле МД на производстве.
Известен способ установления соответствия МД заданным рабочим параметрам, при котором выбор геометрических размеров термочувствительного элемента (ТЧЭ) иэ материала, проявляющего эффект памяти формы, осуществляют в зависимости от внешней нагрузки. Такой способ имеет узкие функциональные возможности и невысокую точность, поскольку ке учитывает внутренние силовые поля в материале и число рабочих циклов., Ж 1776874 А1 бретения: предварительно измеряют уровень внутренних напряжений оВ в материале термочувствительного элемента двигателя и по заданной номинальной нагрузке Р находят эффективную площадь поперечного сечения S* =Рн/ оВ. Истинную площадь поперечного сечения So термочувствительного элемента выбирают в зависимости от $* и числа рабочих циклов и, так что 10 <п, 10 <и 10 10 <и 10э, 10< и « 1 О, и 10; 2,0$* =Sо, 1,5S*
So--0,5$* в результате обеспечивается максимум удельной совершаемой двигателем работы при заданкых номинальной нагрузке Рн и числе рабочих циклов. 1 э. и. ф-лы, 3 ил. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобре- 4 тению является способ, который и выбирается в качестве прототипа. Способ О установления соответствия заданным рабо- (ф чим параметрам по прототипу включает в .; себя выбор геометрических размеров в зависимости от числа рабочих циклов. Способ по прототипу имеет недостатки, поскольку не учитывает внешнюю нагрузку и внутренние силовые факторы в материале. Это сии- а жает функциональные воэможности способа. Цель изобретения — расширекие функциональных возможностей. Указанная цель достигается тем, что в способе установления соответствия МД заданным рабочим параметрам, включающем выбор геометрических размеров ТЧЗ в эа1776874 104< п 103< 104 10 <и <10 10< и <102 и (10 2,0$*-$о, 1,53*<3 2,0$*, 3* 30 сгу < Ов< о,, 45 55 висимости от числа рабочих циклов; предварительно измеряют уровень внутренних напряжений оВ в материале ТЧЭ, по заданной номинальной нагрузке Рн и уровню внутренних напряжений определяют эффективную площадь поперечного сечения $* ТЧЭ, а истинную площадь поперечного сечения S< ТЧЭ выбирают в зависимости от эффективной площади и количества рабочих циклов и. При этом, за уровень внутренних напряжений может быть принят предел упругости материала ТЧЭ, а эффективную и истинную площади сечения ТЧЭ определяют из соот* Рн ношений:3* = — ", Ов На фиг. 1 показана диаграмма рабочего цикла для ТЧЭ из никелида титана эквиатомного состава; на фиг. 2 показана диаграмма пластической деформации и ресурса в зависимости от уровня нагружения для того же ТЧЭ; на фиг, 3 показаны теоретическая и реальная диаграммы нагружения того же ТЧЭ. Диаграмма рабочего цикла — фиг, 1— получается путем термоциклирования ТЧЭ в диапазоне температур превращения под различной нагрузкой и измерения деформации ТЧЭ в аустенитном и мартенситном состояниях при каждом уровне нагружения. Результаты измерений наносят на график в координатах напряжения-деформация. Точки, соответствующие деформации в аустенитном состоянии, образуют аустенитную 1 пограничную линию: а точки, соответствующие деформации в мартенситном состоянии, образуют мартенситную 2 пограничную линию, Пространство между линиями 1, 2 характеризует способность ТЧЭ к .формоизменению, так называемый "объем памяти". Деформация неупругого формоизменения 8н зависит от уровня внешнего нагружения сто. При определении диаграммы рабочего цикла измеряют уровень пластической деформации еп и наносят его на отдельный график — линия 3 фиг. 2 — c иным масштабом по шкале деформаций. Этот график характеризует способность ТЧЭ к формообратимости (полноте восстановления исходной формы), Вместе линии 1-3 характеризуют способность ТЧЭ реализовать различные компоненты деформации в зависимости от нагружения и образуют термомеханические характеристики. Известно, что при заданной нагрузке максимальный ресурс определяется из соотношения Для термомеханических характеристик, показанных на графике по фиг. 1 и 2 линиями 1-3, расчетные значения показаны линией 4. При напряжениях ниже 45-50 МПа значения пластической деформации практически очень трудно измеримы ввиду их малого значения, На фиг. 3 показаны реальная 5 и идеальная 6 диаграммы нагружения. Диаграммы характеризуют механические свойства ТЧЭ. В идеальном случае — линия 6 — до напряжений ниже предела упругости оу — точка A<— развиваются только упругие деформации, исчезающие при разгрузке. Участок пластического течения A>-B> характеризуется накоплением деформации практически без увеличения напряжений. Разгрузка в этой области приведет к появлению заданных нагружением неупругих деформаций, устраняемых при последующем нагревании; т.е, эта деформация не является упругой, т.к. не исчезает при разгрузке, и не является пластической, т.к. полностью обратима. Это неупругие деформации. При нагружении выше Âl накапливаются неупругие и пластические деформации и разгрузка приведет к остаточным удлинениям даже после нагрева. Поле пластических деформаций формирует поле внутренних напряжений, направленных в сторону, противоположную действию внешней нагрузки. В идеальном случае где о — предел текучести материала. Реальная картина более сложна, поскольку самый хороший металл еще более "неидеален", чем самый "неидеальный" гаэ. Это обусловлено поликристаллическим строением с хаотическим пространственным ориентированием отдельных кристал-лов, В зависимо ти от ориентации кристаллографических плоскостей по отношению к нагрузке, кристаллы по разному способны воспринимать ее действие. "Неудачно" ориентированные кристаллы при напряжениях менее 0,5 испытывают локальные напряжения, превышающие предел текучести. Однако с ростом напряжений 177б 874 число "неудачных" кристаллов растет. При напряжениях ниже 0,5 оу пластические деформации настолько малы, что их удается зафиксировать только при большом числе циклов. При увеличении напряжений выше точки А все кристаллы неупруго деформируются, а "неудачно" ориентированные переходят в область пластического деформирования. Раэориентация кристаллов приводит к появлению коэффициента деформационного упрочнения (тангенс угла наклона участка АВ линии 6). Внутренние напряжения появляются как следствие предшествующего пластического деформирования и не могут превзойти по величине внешней нагрузки. Если ТЧЭ нагрузить выше точки В, то после разгружения внутренние напряжения не будут превышать уровень ов< 2о, т.е, уровень, при котором самые "удачно" ориентированные кристаллы перейдут в пластическое течение под действием внутренних напряжений. При нагружении ТЧЗ с уже сформированным полем внутренних напряжений, нагружение до уровня ор<ов приводит к падению кагружения кристаллов, т.к. оба силовых фактора разнонаправлены. При напряжениях ор= ов напряжения в кристаллах равны нулю, а при Ор >2 с начинается активное пластическое течение в сторону внешней нагрузки. Функционирование МД протекает в условиях, когда ка рассмотренную картину напряженно-деформированного состояния накладываются особенности термомеханического поведения, связанные с фазовыми переходами (движение межфаэных границ, наследование точечных, линейных и пространственных дефектов, взаимодействием движущейся межфазных и пространственных дефектов, взаимодействие движущейся межфазной границы с дефектами, и др.). Однако рассмотренные особенности механического поведения пол икристаллических ТЧЭ накладывают свой отпечаток на термомеханическое поведение ТЧЗ под нагрузкой при работе МД. Зто подтверждает сопоставление фиг. 1,2,3. После предварительного термоциклирования под нагрузкой гав=94 МПа. При напряжениях oð<0,5 ов пластические деформации практически не фиксируются. В диапазоне напряжений 0,5 ов< стр<1,5ов происходит увеличение "обьемной доли" "неудачно" ориентированных кристаллов,для которых эта нагрузка соответствует переходу в область пластического течения, пластическая деформация с ростом нагрузки растет 20 примерно прямо пропорционально. Однако доля "неудачно" ориентированных кристаллов все еще мала, В диапазоне 1,5 < ор<2ов идетдальнейший ростдоли "неудачно" ориентированных кристаллов, и пластические деформации резко увеличиваются. В диапазоне нагрузок ор> 2a в все кристаллы переходят в пластическую область,что приводит к лавинообразному росту пластических деформаций. В данном случае уровень внутренних напряжений определялся методом экстремума характеристических теплот. Однако, как следует из сказанного выше, за уровень внутренних напряжений может быть принят предел упругости ТЧЭ в мартенситном состоянии. В последнем случае всегда будет некоторый запас прочности, т.к. в реальном ТЧЗ уровень внутренних напряжений в зависимости от термомеханической предыстории будет изменяться в некотором диапазоне Ь7в. По определению: 0y=o р при е =0,001ф„ т.е. ресурс по формуле (1) составит не менее 25 10 циклов. В диапазоне ар<0,5о в пластические деформации менее 0,0001, т.е. ресурс превосходит 10 циклов. В диапазоне напряжений 0,5ов Ю р<оВ З0 уровень пластической деформации изменяется от 0,0001;ь до 0,001, т.е, ресурс МД лежит в пределах 10 <и <: 10 . В диапазоке напряжений оВ 0ð <1,5 оа уровень пластической деформации увеличи 5 вается прямо пропорционально с нагрузкой оп<0,015, т.е. ресурс МД лежит в диапазоне 10 При нагрузках 1,5 оц oð<2 ов пластиче ские деформации начинают обгонять прямо 40 пропорциональный рост. В этом диапазоне обеспечивается ресурс 10<п <10 . И, наконец, в диапазоне ор>2ой пластические деформации растут лавинообразно и ресурс МД п<10. С учетом изложенного, для установления соответствия МД заданным рабочим параметрам, необходимо измерить уровень внутренних напряжений в ТЧЗ (либо принять их разными пределу упругости); опре50 делить эффективную площадь поперечного сечения ТЧЭ (например, как S * — ), а ис.«Рн тинную площадь поперечного сечения ТЧЭ выбирать в зависимости от эффективной площади и числа циклов (ресурса), например, из соотношений: 104<п 2,0$*=$О, 10 <и ЫО 1,5S* 10<п 10 0,5S* Использование изобретения позволит расширить функциональные возможности способа, что выразится в обеспечении его использованием высокой надежности функционирования МД при заданном ресурсе в заданном диапазоне номинальных нагрузок. рабочего элемента, а истинную площадь поперечного сечения рабочего элемента выбирают в зависимости от величины эффективной площади и количества рабо5 . чих циклов и. 2, Способ по и. 1, отличающийся тем, что за уровень внутренних напряжений принимают предел упругости материала термочувствительного элемента. а истин10 ную площадь выбирают исходя из соотношений 104< 105, 2$*$ 10 <п 610; 1,5$*<$о 2$*: 102<п K 10з; $*<$о E 1,5 $*; 15 10<п 10; 0,5S* S+ @- — эффективная площадь сечения; Рн 0 $о — истинная площадь сечения; Рн — номинальная нагрузка двигателя; ob — уровень внутренних напряжений. Формула изобретения 1, Способ установления соответствия мартенситного двигателя заданным рабочим параметрам, включающий выбор геометрических размеров термочувствительного элемента в зависимости от количества рабочих циклов,отл N÷ý ющи йся тем, что.с целью расширения функциональных возможностей, предварительно измеряют уровень внутренних напряжений в материале термочувстви- 2 тельного элемента, по заданной номинальной нагрузке двигателя и уровн б внутренних напряжений и определяют эффективную площадь поперечного сечения gp ИОФ n sue ro О,О А,, и Техред М.Моргентал Корректор П,Гереши 4 у у Сигз Редактор Т.Шагова Заказ 4110 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета Ilo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101
