Способ определения прочности металлов на растяжение

 

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться при расчетах на прочность деталей машин. Способ определения прочности металлов на растяжение заключается в изготовлении образцов, испытании их на растяжение с фиксацией величины нагрузки в процессе испытаний и определении по результатам испытаний их прочности на растяжение. После нагружения до максимальной нагрузки испытуемый образец разгружают, измеряют остаточные размеры сечения и определяют его площадь, рассчитывают прочность σ_м делением максимальной нагрузки на остаточную площадь сечения после разгрузки. Для прогнозирования прироста прочности Δσ_м определяют линейное уравнение зависимости Δσ_м от временного сопротивления σ_в, для чего испытывают серию образцов с различным уровнем прочности в заданном диапазоне ее значений. Данное изобретение позволяет обеспечить испытание прочности на растяжение с учетом фактической площади сечения рабочей части образца в момент, соответствующий его максимальной нагрузке. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при испытании металлов на прочность, при расчетах прочности деталей машин, оценке прочностных характеристик металлов при их исследовании и разработке новых сплавов.

Известны способы испытания металлов с разгрузкой при нагружении, например при определении предела упругости, условного предела текучести по ГОСТ 1497-84 "Методы испытаний на растяжение".

Известны способы определения прочности металлов с учетом деформации сечения разрушения, например определение приведенного напряжения с учетом относительного сужения разрушенного образца (журнал "МИТОМ", 1984, 12, с.21-22).

ГОСТ 1497-61 предусматривал определение истинного напряжения с учетом сечения шейки разрушенного образца, однако этот показатель прочности не нашел практического применения.

Практически все применяемые способы определения прочностных характеристик, кроме определения приведенного напряжения, основаны на соотношении нагрузки к площади сечения образца до испытания (нагружения). При этом не учитывается уменьшение площади сечения в зоне нагружения и, соответственно, изменение напряженного состояния. Практический интерес представляют напряжения в момент, предшествующий потере пластической устойчивости нагружаемого металла (начало спада диаграммы растяжения "нагрузка-деформация").

За ближайший аналог взят способ определения временного сопротивления (σ_в) по ГОСТ 1497-84. При этом образец подвергают растяжению под действием плавно возрастающей нагрузки. Наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца, принимается за нагрузку Р_max, соответствующую временному сопротивлению: где F_о - площадь сечения рабочей части образца до испытания (нагружения).

Недостатки ближайшего аналога: не учитывается прирост напряжения за счет уменьшения сечения рабочей части образца по достижении Р_max.

Задача изобретения: обеспечить испытание прочности с учетом фактической площади сечения образца в момент, соответствующий Р_max.

Поставленная задача решается путем изготовления образца, измерения размеров по сечению предполагаемого разрушения с расчетом площади сечения, нагружения до максимальной нагрузки растяжения с ее фиксацией, нагружения до разрушения, расчета прочности делением максимальной нагрузки на площадь сечения образца. При этом после нагружения до максимальной нагрузки образец разгружают, измеряют остаточные размеры сечения и определяют его площадь, рассчитывают прочность с разгрузкой делением Р_max на остаточную площадь сечения после разгрузки. Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т. е. соответствии представленного в настоящей заявке способа критерию "новизна".

Сопоставленный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Для реализации способа выполняют операции.

1. Изготавливают образцы для испытания на растяжение, измеряют размеры сечения рабочей части, рассчитывают площадь F₀ .

2. Нагружают каждый образец до Р_max.

3. Разгружают образец.

4. Измеряют размеры сечения на его расчетной длине.

5. Рассчитывают прочность с разгрузкой σ_м делением Р_max на остаточную площадь сечения после разгрузки.

6. При необходимости определения пластических свойств образец снова нагружают до разрушения.

Способ проверен практически при сравнительном испытании углеродистых и легированных сталей с различным уровнем прочности с упрочняющей термообработкой или без нее. Образцы типа 2 6 ("длинные" по ГОСТ 1497-84) изготавливали из прутков. Испытания выполнены на универсальной машине "ИНСТРОН" с записью диаграммы растяжения по ГОСТ 1497-84. Усредненные результаты по пяти испытанным образцам каждой стали показаны в табл.1. Видно, что испытание с разгрузкой дает повышенные результаты прочности σ_м по сравнению с σ_в в соответствии с остаточным уменьшенным сечением. Практический результат представляет величина этого прироста прочности Δσ_м для каждой стали с ее уровнем прочности - табл.1.

На чертеже показана характерная линейная зависимость прироста прочности с разгрузкой Δσ_м от временного сопротивления, хотя при этом взяты разные по прочностным характеристикам стали: Δσ_м = 44,418-0,2502•σ_в, где значения прочности взяты в кгс/мм². Коэффициент парной корреляции равен 0,974, т.е. наблюдается тесная корреляционная связь.

На образцах стали 20 дополнительно определили пластические характеристики при испытании с разгрузкой и дополнительным (повторным) нагружением и без разгрузки, т.е. по ГОСТ 1497-84, - табл.2. Повторное нагружение не существенно снижает пластические характеристики при неизменной прочности.

Технический результат предлагаемого способа заключается в возможности определять фактические напряжения, выдерживаемые металлом непосредственно перед потерей пластической устойчивости. При автоматизации измерения размеров сечения растягиваемого образца возможна автоматизация определения σ_м без разгрузки. Прирост прочности σ_м по сравнению с σ_в не зависит от марки стали, а зависит от уровня прочности.

Формула изобретения

Способ определения прочности металлов на растяжение, включающий изготовление образцов, нагружение для растяжения с фиксацией величины нагрузки в процессе испытания, расчет площади сечения рабочей части образца, расчет прочности, отличающийся тем, что после нагружения до максимальной нагрузки образец разгружают, измеряют остаточные размеры сечения и определяют его площадь, рассчитывают прочность σ_м делением максимальной нагрузки на остаточную площадь сечения после разгрузки, а для прогнозирования прироста прочности Δσ_м строят график или находят линейное уравнение зависимости Δσ_м от временного сопротивления σ_в, для чего испытывают серию образцов с различным уровнем прочности в заданном диапазоне ее значений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3