Способ определения остаточных напряжений по характеристикам твердости материала


 


Владельцы патента RU 2435155:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО "НПО "ЦНИИТМАШ") (RU)

Изобретение относится к области общего машиностроения, в частности к способам определения остаточных напряжений в изделиях при их изготовлении и последующей эксплуатации. Способ определения остаточных напряжений по характеристикам твердости материала заключается в том, что уровень остаточных напряжений на поверхности изделия оценивают по изменению регистрируемых значений твердости материала в локальных зонах при нанесении параллельных надрезов. Надрезы наносят под углом 90° по отношению друг к другу, ориентируя их в наиболее вероятном направлении действия главных напряжений. Технический результат изобретения - возможность оперативного контроля уровня остаточных напряжений в материале конструкции или изделия в заводских условиях в процессе их изготовления, а также в условиях эксплуатации. 1 ил.

 

Изобретение относится к области общего машиностроения, в частности к способам определения остаточных напряжений в изделиях при их изготовлении и последующей эксплуатации.

Известны способы определения остаточных напряжений с использованием тензорезисторов, устанавливаемых в зонах контроля, см. Биргер И.А. Остаточные напряжения. - М.: Машгиз, 1963, 232 с. Они обладают высокой точностью и позволяют получить данные по напряженно-деформированному состоянию (НДС) материала в локальных зонах изделия. Недостатком этих способов является их высокая трудоемкость и стоимость. Данные способы относятся к разрушающим методам исследований, что ограничивает возможности их использования.

На практике часто используют неразрушающие способы контроля НДС металла. Они менее трудоемки и обладают меньшей точностью. Среди этих способов наибольшее распространение получил магнитно-шумовой способ контроля, см. Инструкцию по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов. РД 12-411-01. Госгортехнадзор России, 2001 г. Магнитно-шумовой способ контроля основан на использовании корреляционных зависимостей между магнитными характеристиками материала и уровнем остаточных напряжений.

Магнитно-шумовой способ контроля обладает следующими недостатками:

а) Тарировка измерительных приборов должна производиться в специализированных центрах.

б) Для каждого прибора существуют индивидуальные тарировочные таблицы (по маркам сталей), эти таблицы не пригодны для других приборов этого типа.

в) Магнитные свойства одних и тех же марок сталей могут изменяться в достаточно широких пределах, в связи с чем точность измерений невелика.

Технической задачей изобретения является разработка способа определения остаточных напряжений по характеристикам твердости конструкционных сталей. Преимуществом заявляемого способа является возможность оперативного контроля уровня остаточных напряжений в материале конструкции или изделия в заводских условиях в процессе их изготовления, а также в условиях эксплуатации. При этом в качестве измерительных приборов могут быть использованы переносные твердомеры ударного и статического действия.

Принцип использования характеристик твердости материала при оценке уровня остаточных напряжений в металле основан на том, что при измерении твердости происходит пластическое деформирование материала в зоне его контакта с индентором измерительного прибора. При этом исходное напряженно-деформированное состояние материала (наличие или отсутствие остаточных напряжений) оказывает влияние на характер этих деформаций и, в конечном итоге, на регистрируемые значения твердости.

Для пояснения существа заявляемого способа определения остаточных напряжений по характеристикам твердости материала на чертеже представлен график изменения твердости металла в локальных зонах призматического образца 50×75×500 мм, нагружаемого по схеме 4-точечного изгиба (низколегированная сталь, σ02=640 МПа). Измерения твердости проводили в зоне максимальных растягивающих напряжений и на боковой поверхности образца, в зонах растягивающих и сжимающих напряжений. Как видно из графика, наблюдается хорошая корреляция между уровнем растягивающих и сжимающих напряжений в различных зонах нагружаемого образца и регистрируемыми значениями твердости.

Предлагаемый способ определения остаточных напряженки заключается в том, что уровень остаточных напряжений в локальных зонах на поверхности изделия оценивают по изменению регистрируемых значений твердости металла в этих зонах относительно исходных значений (при отсутствии напряжений).

С учетом 2-осного напряженного состояния материала, для оценки уровня главных напряжений σ1ост и σ2ост, в зонах контроля делают параллельные надрезы, ориентированные под углом 90° по отношению друг к другу, глубиной до нескольких миллиметров. Пространственная ориентация надрезов должна учитывать технологические особенности изготовления изделий таким образом, чтобы геометрические оси надрезов совпадали с наиболее вероятным направлением действия главных напряжений. Надрезы разной ориентации в зонах контроля располагают так, чтобы они не оказывали взаимного влияния на результаты определения уровня остаточных напряжений, σ1ост и σ2ост. Остаточные напряжения определяют по корреляционным зависимостям σост=f(ΔH).

Преимуществом заявляемого способа является возможность оперативного контроля уровня остаточных напряжений в материале конструкции или изделия в заводских условиях в процессе их изготовления, а также в условиях эксплуатации. В качестве измерительных приборов могут быть использованы переносные твердомеры ударного и статического действия.

Способ определения остаточных напряжений по характеристикам твердости материала, отличающийся тем, что уровень этих напряжений на поверхности изделия оценивают по изменению регистрируемых значений твердости материала в локальных зонах при нанесении параллельных надрезов под углом 90° по отношению друг к другу, ориентированных в наиболее вероятном направлении действия главных напряжений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области механических испытаний материалов. .

Изобретение относится к области инженерных изысканий и предназначено, в частности, для определения физико-механических характеристик грунтов. .

Изобретение относится к земледельческим и почвоведческим исследованиям, в частности к регистрации сезонной (годовой) динамики почвенных деформаций в корнеобитаемом слое почвы.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Твердомер // 2350923
Изобретение относится к области строительства и эксплуатации грунтовых аэродромов, подготавливаемых методом уплотнения снега. .

Изобретение относится к области древесиноведения и деревообрабатывающей промышленности. .

Изобретение относится к области испытания материалов на механическую прочность. .

Изобретение относится к области измерительной техники и способам оценки микротвердости прозрачных материалов

Изобретение относится к способу и устройству для определения степени твердости полутвердых материалов, в частности дорожных покрытий, таких как асфальт, или смазочных веществ

Изобретение относится к области измерений и, в частности, предназначено для использования при исследовании механических характеристик материалов

Изобретение относится к области металловедения, в частности к способам определения соотношения фаз в феррито-перлитных сталях

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспресс-определения физико-механических свойств твердых материалов, в частности для оценки степени упрочнения поверхностного слоя деталей после защитно-упрочняющей обработки

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, в частности, для определения пластической твердости материалов

Изобретение относится к измерительной технике для определения модуля упругости материала тонких покрытий на изделии

Изобретение относится к области исследования физических свойств металлов и сплавов, а именно к анализу пластических свойств тонких пленок аморфно-нанокристаллических многокомпонентных металлических сплавов (АНКМС) после их перехода из одного состояния в другое в результате термической обработки. Сущность: осуществляют термическую обработку образцов в заданном температурном интервале и их последующее охлаждение, крепление их на металлической подложке, покрытой со стороны образца полимерным композитным материалом, микроиндентирование образцов четырехгранной пирамидкой с нагрузкой, скоростью и временем воздействия на образец до появления трещин в виде фигур, близких к вложенным квадратам, и расчет коэффициента пластичности исследуемого образца пленки. Дополнительно определяют среднее расстояние и минимальное среднее расстояние между соседними трещинами соответствующих сторон квадратов, а коэффициент пластичности находят из выражения ε=(d-h)/h. Технический результат: повышение точности расчетов коэффициента пластичности. 3 ил.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к способу обнаружения в металле критических изменений его технического состояния, связанных с протеканием процесса старения. Сущность: осуществляют подготовку поверхности, воздействие на подготовленную поверхность индентором и определение микротвердости металла. Сначала на подготовленную поверхность образца из металла, аналогичного металлу исследуемой конструкции, но находящегося в исходном состоянии, в различных зонах воздействуют индентором, осуществляя в каждой зоне серию замеров. Определяют распределения значений микротвердости в каждой из зон, из которых определяют минимальное значение микротвердости, которое принимается как базовое минимальное значение для данного металла. Затем аналогично выполняют замеры микротвердости на рассматриваемом участке исследуемой конструкции из того же металла, по результатам измерений определяют распределение значений микротвердости, которое сравнивают с полученным базовым минимальным значением микротвердости. Более низкие значения микротвердости в металле исследуемой конструкции по сравнению с базовым минимальным значением микротвердости свидетельствуют о наличии критических изменений в металле исследуемой зоны конструкции, связанных с протеканием в металле процесса старения. Технический результат: повышение эффективности оценки и прогнозирования эксплуатационной надежности конструкций. 2 ил.

Твердомер // 2550375
Изобретение относится к области строительства и эксплуатации грунтовых аэродромов, подготавливаемых методом уплотнения снега. Твердомер содержит корпус, снабженный шаровым элементом, имеющим сквозное отверстие, направляющую трубу, стержень с указателем со стрелкой, коническим наконечником и сменным грузом, зафиксированным гайкой. Корпус выполнен в виде хомута, внутри которого заключена разрезная обойма, охватывающая шаровой элемент. Натяг в соединении шаровой элемент - разрезная обойма обеспечивается болтом и гайкой, стягивающими концы хомута. Направляющая труба выполнена с возможностью осевого перемещения вверх и вниз относительно шарового элемента и корпуса посредством реечной передачи. Фиксация переведенного в крайнее верхнее положение стержня с коническим наконечником, сменным грузом и гайкой, а также обеспечение их падения при измерении осуществляется при помощи указателя со стрелкой и затвора, связанного приводным тросом со спусковым крючком, установленным на одной из двух рукоятей, размещенных в нижней части направляющей трубы, где также установлена стойка, несущая упорное кольцо и уровнемеры. Фиксация направляющей трубы в шаровом элементе по окончании настройки прибора осуществляется стопорным болтом. Твердомер опирается на исследуемое покрытие тремя телескопическими стойками. Технический результат: повышение точности определения прочности (несущей способности) снежного покрова, снижение трудоемкости работ по измерению данного параметра и обеспечение удобства эксплуатации прибора оператором. 4 ил.
Наверх