Способ определения долговечности конструкционных материалов в агрессивных средах и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технике испытания конструкционных материалов. Способ заключается в том, что круглый плоский образец закрепляют по кольцевому контуру в соединительно-герметизирующем устройстве, термостатируют образец в термостатической камере, разделенной соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем по кольцевому контуру образцом на нагнетательную и рабочую камеры. Со стороны нагнетательной камеры нагружают образец давлением жидкой или газообразной среды, инертной по отношению к материалу испытуемого образца, а со стороны рабочей камеры образец подвергается воздействию агрессивной среды. Измеряют время до разрушения образца при задаваемых условиях (температура и механическое напряжение в образце, деформированном давлением среды в нагнетательной камере), на основании полученных данных рассчитывается долговечность материала. Предлагается устройство для осуществления данного способа. Предлагаемое изобретение позволяет осуществлять на одном и том же устройстве, варьируя режимы нагружения образца, испытания конструкционных материалов на долговечность в агрессивной среде при постоянном механическом напряжении, при механическом напряжении, изменяющихся по заданному закону, при постоянной деформации, при деформации, изменяющейся по заданному закону, при неизменной температуре или при температуре, изменяющейся по заданному закону. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технике испытания конструкционных материалов на долговечность при воздействии агрессивной среды.

Известен способ определения долговечности резин, заключающийся в том, что образец деформируют на 0,2-0,3 его первоначальной длины при температуре эксплуатации, через 300±5 с измеряют величину начального напряжения, нагревают, охлаждают до температуры эксплуатации, при которой измеряют напряжение в нем, повторяют циклы нагрева и охлаждения до появления в образце напряжения, равного критическому, и в качестве критерия долговечности определяют время достижения критического напряжения в образце при температуре эксплуатации, при этом нагрев образца осуществляют до температуры, равной пределу термостойкости, а время достижения критического напряжения в образце при температуре эксплуатации определяют по зависимости

, где

τ_ТЭ - время достижения критического напряжения при температуре эксплуатации;

τ_Т - время достижения критического напряжения при температуре испытаний;

Т - температура нагрева образца;

Т_Э - температура эксплуатации;

m - коэффициент, равный 4,56·10³ для воздушной среды и 4,18·10³ для жидкой среды (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1573389, МПК G01 №3/18, публикация 23.06.1990).

Недостатком этого известного способа является то, что в ходе проведения испытаний образец подвергается действию одноосного растяжения, поэтому результаты испытаний на долговечность таким способом не вполне адекватны реальной долговечности изделий из резин, большинство из которых в процессе эксплуатации испытывают плоское или даже объемное напряженное состояние.

Известен способ определения долговечности эластомеров, при котором образец испытуемого эластомера растягивают при повышенных температурах T, замеряют время до разрушения и определяют энергию U₀ активации, с учетом которой судят о долговечности, при этом предварительно для испытуемого эластомера определяют температуры релаксационных переходов, растяжение осуществляют при температурах, лежащих внутри межрелаксационного интервала температур, скорость растяжения выбирают из условия обеспечения разрушения образцов базой 10 мм через 100-400 с, энергию активации определяют по формуле

, где

τ₀=10^-12 с;

τ_ЭФ - эффективная долговечность материала в условиях испытания;

R - универсальная газовая постоянная;

Т₀ - температура, определяемая линейной экстраполяцией кривой Q-Т в межрелаксационном интервале температур, а о долговечности судят по формуле

a=0,111±0,0 и

b=-3,687±0,0 (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1791753, МПК G01 №3/18, публикация 30.01.1993).

Недостатком известного способа является так же, как у предыдущего способа, одноосный характер нагружения образца, не вполне соответствующий напряженному состоянию эластомеров в реальных условиях эксплуатации.

Известно устройство для определения агрессивности жидкости по отношению к испытуемому материалу, содержащее индикатор из испытуемого материала и приспособление для фиксации момента разрушения индикатора, при этом индикатор выполнен в виде пластины с тарельчатой пружиной, прижатой к взаимодействующей с жидкостью поверхности пластины (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №819634, МПК G01 №17/00, публикация 10.04.1981).

Недостатком этого известного устройства является низкая точность регистрации момента разрушения образца-индикатора, обусловленная визуальным методом регистрации, который, кроме того, трудно поддается автоматизации. Кроме того, с помощью данного устройства невозможно производить испытания агрессивостойкости с одновременным нагружением образца механическим давлением.

Известно устройство для исследования механических свойств материала при высоких температурах и давлениях в агрессивных средах, содержащее герметичную камеру с верхней и нижней крышками, рабочая полость которой имеет форму тела вращения, расположенные в полости пассивный и активный захваты для охвата центральной части образца, установленный снаружи камеры нагружатель, связанный с активным захватом, систему подачи агрессивной среды в камеру и контрольно-измерительную аппаратуру, при этом полость камеры имеет форму гиперболоида вращения с наибольшим диаметром у нижней крышки, которая выполнена сферической, а устройство снабжено установленным вдоль оси камеры экраном, выполненным в виде концентрических колец, установленных с зазором относительно друг друга на нижней крышке камеры (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1231438, МПК G01 №17/00, публикация 15.05.1986).

Недостатком известного устройства является то, что в образце при испытаниях создается одноосное напряженное состояние, тогда как в большинстве случаев изделия в реальных условиях испытывают плоское или даже объемное напряженное состояние. Указанное несоответствие может отразиться на результатах испытаний материалов на термостойкость и агрессивостойкость.

Известно устройство для коррозионных механических испытаний образца материала, содержащее корпус с крышками, пассивный захват, закрепленный на одной из крышек, активный захват с механизмом его перемещения и систему создания давления среды в корпусе, при этом механизм перемещения активного захвата выполнен в виде мембраны, края которой защемлены между корпусом и второй крышкой посредством сменного кольца, размещенного между второй крышкой и мембраной, а устройство снабжено установленным во второй крышке ограничителем перемещения мембраны, соединенным с системой создания давления среды в корпусе (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1370529, МПК G01 №17/00, публикация 30.01.1989).

Недостатком данного устройства также является то, что в образце при испытаниях создается одноосное напряженное состояние, тогда как в большинстве случаев изделия в реальных условиях испытывают плоское или даже объемное напряженное состояние. Это приводит к несовпадению результатов испытаний материалов на агрессивостойкость с помощью данного устройства и реальной долговечности изделий из конструкционных материалов в агрессивных средах.

Задачей заявляемого изобретения является создание свободного от перечисленных недостатков метода определения долговечности механически напряженных конструкционных материалов при воздействии агрессивной среды, а также устройства для реализации этого метода.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.

Способ определения долговечности конструкционных материалов в агрессивных средах, заключающийся в том, что круглый плоский образец закрепляют по кольцевому контуру в соединительно-герметизирующем устройстве, термостатируют образец в термостатической камере, разделенной соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем по кольцевому контуру образцом на нагнетательную и рабочую камеры, со стороны нагнетательной камеры нагружают образец давлением жидкой или газообразной среды, инертной по отношению к материалу испытуемого образца; со стороны рабочей камеры образец подвергается воздействию агрессивной среды; измеряют время до разрушения образца при задаваемых условиях (температура и механическое напряжение в образце, деформированном давлением среды в нагнетательной камере), на основании полученных данных рассчитывается долговечность материала.

Устройство для определения физико-механических свойств материала, содержащее термостатическую камеру, разделенную соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем по кольцевому контуру образцом на нагнетательную и рабочую камеры, источники давления инертной и агрессивной сред, датчик давления инертной среды, датчик расхода инертной среды, термостатирующее устройство с датчиком температуры, датчик времени нагружения образца, блок ввода, вывода и анализа агрессивной среды и блок регистрации, анализа и управления работой устройства, который соединен соответственно с источниками давления инертной среды, с датчиками расхода и давления инертной среды, с датчиком температуры в термостатируемой камере, с термостатирующим устройством, с устройством ввода и вывода агрессивной среды.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано устройство для определения физико-механических свойств материала, общая схема.

Устройство для реализации заявляемого способа содержит нагнетательную камеру 1 и рабочую камеру 2, разделенную образцом 3 в форме круглого диска, закрепленным по контуру с помощью соединительно-герметизирующего устройства 4. При помощи источника давления 5 с датчиком давления 6 на образец со стороны нагнетательной камеры осуществляется давление жидкой или газообразной среды, инертной по отношению к материалу образца. Расход инертной среды контролируется датчиком расхода инертной среды 7. В рабочую камеру при проведении испытаний на агрессивостойкость при помощи устройства ввода, вывода и анализа агрессивной среды 8 подается агрессивная среда (жидкая или газообразная). Устройство 8 содержит на входе и выходе агрессивной среды датчики концентрации и/или иные устройства какого-либо вида, позволяющие определять количественно массу прореагировавшей с образцом агрессивной среды. Рабочая и нагнетательная камеры помещены в термостат 9, снабженный датчиком температуры 10 какого-либо типа, температура внутри термостата контролируется термостатирующим устройством 11. Устройство содержит также блок регистрации, анализа и управления работой 12, который соединен соответственно с источниками давления инертной среды, с датчиками расхода и давления инертной среды, с датчиком температуры в термостатируемой камере, с термостатирующим устройством, с устройством ввода и вывода агрессивной среды и содержит датчик времени нагружения образца.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Для проведения испытаний на долговечность при воздействии агрессивной среды образец подвергается воздействию статической нагрузки, создаваемой давлением жидкой или газообразной среды на одну плоскость образца, с одновременным воздействием на противоположную плоскость агрессивной среды, при заданной температуре (постоянной или изменяющейся по определенному закону). Регистрируется время до разрыва образца. Момент разрыва образца фиксируется по скачкообразному уменьшению давления в нагнетательной камере. В качестве показателя устойчивости материала к воздействию агрессивной среды применяется время до разрыва образца - параметр, предлагаемый ГОСТ 9-026-74.

1. Способ определения долговечности конструкционных материалов в агрессивных средах, заключающийся в том, что круглый плоский образец закрепляют по кольцевому контуру в соединительно-герметизирующем устройстве, термостатируют образец в термостатической камере, разделенной соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем образцом на нагнетательную и рабочую камеры, со стороны нагнетательной камеры нагружают образец давлением жидкой или газообразной среды, инертной по отношению к материалу испытуемого образца; со стороны рабочей камеры образец подвергается воздействию агрессивной среды; измеряют время до разрушения образца при задаваемых условиях (температура и механическое напряжение в образце, деформированном давлением среды в нагнетательной камере).

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее термостатируемую камеру, разделенную соединительно-герметизирующим устройством с закрепленным в нем по кольцевому контуру образцом на нагнетательную и рабочую камеры, источники давления инертной и агрессивной сред, датчик давления инертной среды, датчик расхода инертной среды, термостатирующее устройство с датчиком температуры, блок ввода, вывода и анализа агрессивной среды, источник агрессивной среды и блок регистрации, анализа и управления работой устройства, который соединен соответственно с источниками давления инертной среды, с датчиками расхода и давления инертной среды, с датчиком температуры в термостатируемой камере, с термостатирующим устройством, с устройством ввода и вывода агрессивной среды.