Способ определения остаточных напряжений и энергетических характеристик газотермических покрытий

Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а более точно касается определения остаточных напряжений в покрытии и энергии, необходимой для их высвобождения. Сущность: осуществляют нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по 4-точечной схеме. Нагружение образца осуществляют плавно до величины нагрузки, не превышающей предел упругости материала покрытия, последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие, продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю, и измеряют остаточную деформацию сжатия. По полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики, включающие: энергию высвобождения внутренних напряжений (Дж); энергию, необходимую для полной релаксации остаточных напряжений (Дж); плотность энергии, необходимой для полной релаксации остаточных напряжений (Дж/м3). Технический результат: получение комплекса механических характеристик газотермического покрытия, которые позволяют контролировать его качество и создавать совершенный технологический процесс его получения. 3 ил.

 

Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а более точно касается определения остаточных напряжений в покрытии и энергии, необходимой для их высвобождения. Изобретение может быть использовано для контроля качества газотермических покрытий при разработке новых технологий и текущего контроля серийных технологий.

Известен способ определения деформации газотермических покрытий [A. Kucuk, С.С. Bemdt, U. Senturk, R.S. Lima, C.R. Lima Influence of plasma spray parameters on mechanical properties ofyttria stabilized zirconia coatings. I: Four point bend test // Materials Science and Engineering, 2000, A284, p.29-40], осуществляемый нагруженном по 4-х точечной схеме образца с покрытием, расположенным сверху так, чтобы при нагружении покрытие в средней части образца подвергалось сжатию. Данный способ не позволяет определить значение остаточных напряжений и энергии, высвобождающейся при разгружении образца, так как использует более мягкий, чем растяжение, тип нагружения образца.

Известен способ определения прочности газотермического покрытия [United States Patent 4876148, «Ceramic bodies having a plurality of stress zones», 10/24/1989], осуществляемый нагруженном по 4-х точечной схеме образца с покрытием, расположенным снизу так, чтобы при нагружении покрытие в средней части образца подвергалось растяжению. Нагружение осуществляется до разрушения покрытия. Однако в данном способе не используются нагрузки, которые формировали бы в газотермических покрытиях упругие деформации, позволяющие определить остаточные напряжения, а также энергию, требующуюся для их снятия.

Техническим результатом является получение комплекса механических характеристик газотермического покрытия, которые позволяют контролировать его качество и создавать совершенный технологический процесс его получения.

Технический результат достигается тем, что в способе определения остаточных напряжений и энергетических характеристик газотермического покрытия, включающем нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по 4-х точечной схеме, новым является то, что нагружение образца осуществляют плавно до величины нагрузки, не превышающей предел упругости материала покрытия, последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие, продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю, и измеряют остаточную деформацию сжатия, по полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики, включающие: энергию высвобождения внутренних напряжений (Дж); энергию, необходимую для полной релаксации остаточных напряжений (Дж); плотность энергии, необходимой для полной релаксации остаточных напряжений (Дж/м3

На фиг.1 представлена схема 4-точечного изгиба, где 1 - прямоугольный металлический образец (пластина); 2 - подслой; 3 - покрытие; 4 - тензодатчик; 5 - измеритель деформации; 6- устройство для нагружения.

На фиг.2 представлены примеры диаграмм деформирования образцов с газотермическим покрытием.

На фиг.3 представлена схема деформационного гистерезиса газотермического покрытия, где: S1 - энергия, потраченная на деформирование образца; S2 - энергия, освобожденная при разгрузке образца; А - часть энергии S2, потраченная на релаксацию остаточных напряжений.

Сущность способа заключается в следующем. Образец с газотермическим покрытием, расположенный на опорах покрытием вниз, нагружают по 4-х точечной схеме до величины нагрузки не превышающей предел упругости материала покрытия. Затем последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие P0 (H). Далее продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю и измеряют остаточную деформацию сжатия - L, (мкм). По результатам измерения строится диаграмма в координатах: «Нагрузка - P, (H) - перемещение (абсолютная деформация) - L, (мкм), которая представляет собой деформационный гистерезис. По полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики, включающие: энергию высвобождения внутренних напряжений (Дж); энергию, необходимую для полной релаксации остаточных напряжений (Дж); плотность энергии, необходимой для полной релаксации остаточных напряжений (Дж/м3).

1. Энергию высвобождения внутренних напряжений S, (Дж) рассчитывают как разницу энергии S1, затраченную на процесс деформирования газотермического покрытия и энергии S2, высвобождающуюся при разгружении покрытия.

S = S 1 S 2 ( 1 )

Расчет этих площадей можно осуществить по формулам (2) и (3):

S 1 = i = 1 n L i P n1 ( 2 )

S 2 = i = 1 n | L i | P n2 ( 3 )

где Рn1 - нагружение, Н; Рn2 - разгрузка, Н; L, - перемещение, мкм.

2. Энергию А (Дж), необходимую для полной релаксации остаточных напряжений в покрытии рассчитывают по формуле:

где: F- усилие, Н; а - перемещение в области сжатия, мкм, Ро - остаточное усилие, Н.

На диаграмме гистерезиса энергия А (Дж) соответствует площади прямоугольного треугольника в области сжатия.

3. Остаточные напряжения σ (МПа) рассчитывают по формуле:

σ = 3P 0 C B H 2 ( 5 )

где Р0 - остаточное усилие, при котором деформация становится равной нулю; В - ширина образца, мм; Н - полная толщина образца, мм; С - расстояние, между нагруженной и опорной балкой, 10 мм.

4. Плотность энергии релаксации остаточных напряжений, Дж/м3 рассчитывается по формуле:

U' = U Fl = σ 2 2E ( 6 ) U

где σ=Pm/F есть растягивающее напряжение. Модуль упругости Е трехслойной системы (основа-подслой-покрытие), используя правило аддитивности, находим по формуле:

Е = E h осн . осн . + Е подслой + h подслой + E пк . h пк Н ( 7 )

где: Еосн., Еподслой, Епк., - модули упругости основы, подслоя и газотермического покрытия, соответственно, МПа; hосн., hподслой, hпк. - толщины основы, подслоя и газотермического покрытия, соответственно, мкм. В результате получают комплекс механических характеристик газотермического покрытия, которые позволяют контролировать его качество на основе сопоставлении результатов схожих газотермических покрытий и создавать совершенный технологический процесс получения газотермических покрытий.

Способ определения остаточных напряжений и энергетических характеристик газотермического покрытия, включающий нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по 4-х точечной схеме, отличающийся тем, что нагружение образца осуществляют плавно, до величины нагрузки, не превышающей предел упругости материала покрытия, последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие, продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю, и измеряют остаточную деформацию сжатия; по полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики, включающие: энергию высвобождения внутренних напряжений (Дж); энергию, необходимую для полной релаксации остаточных напряжений (Дж); плотность энергии, необходимой для полной релаксации остаточных напряжений (Дж/м3).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в стандартных испытательных машинах для испытания металлических образцов на сжатие без потери устойчивости.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании на релаксацию напряжения облученных металлических образцов при четырехточечном изгибе.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании на релаксацию напряжения металлических образцов при изгибе. .

Изобретение относится к области определения механических свойств материалов путем приложения заданных нагрузок. .

Изобретение относится к технике испытаний конструкций на динамические воздействия. .

Изобретение относится к механическим нагрузочным устройствам и может быть использовано для нагружения поверхностей образцов чистым изгибом и определения полей деформаций и напряжений в экспериментальных исследованиях лабораторных макетов и натурных объектов.

Изобретение относится к способу определения механических характеристик материалов, в частности к способам определения модуля упругости, предельной прочности, предельной деформации стержней из полимерных композиционных материалов, и устройству для его реализации.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность и может быть использовано для испытаний элементов конструкций шахтной крепи, трубопроводов, несущих элементов зданий и сооружений.

Изобретение относится к машинам для испытания на усталость и может быть использовано для получения механических характеристик материалов. .

Изобретение относится к технике измерений параметров кабелей и может быть использовано для измерения жесткости оптических кабелей с высокой прочностью на разрыв при низких температурах. Сущность: один конец образца оптического кабеля закрепляют на платформе с помощью первого зажима, а второй конец образца оптического кабеля отгибают от его оси на угол θ>45° и закрепляют на платформе с помощью второго зажима, после чего платформу с закрепленным на ней образцом кабеля помещают в климатическую камеру, устанавливают в ней заданную температуру, при которой измеряют радиус изгиба оптического кабеля на выходе из первого зажима. Предварительно, для одних и тех же значений угла θ и расстояния 1, при нормальной температуре выполняют измерения относительных радиусов изгиба на выходе из первого зажима R0 и R1 для двух образцов оптического кабеля, для которых значения жесткости при нормальной температуре В0 и В1 известны и отличаются друг от друга, после чего для тех же значений угла θ и расстояния 1 выполняют измерения относительного радиуса изгиба на выходе из первого зажима испытуемого образца оптического кабеля Rx при заданной низкой температуре. Относительный радиус изгиба определяют как отношение радиуса изгиба оптического кабеля на выходе из зажима к радиусу оптического кабеля, а жесткость испытуемого образца оптического кабеля при заданной низкой температуре Вx определяют по зависимости. Технический результат: расширение области применения и снижение затрат. 3 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд для испытания образцов материалов при многоточечном изгибе содержит раму, опорный элемент в виде трубы, направляющие, установленные на внутренней поверхности трубы, разъемные фиксаторы направляющих на трубе, нагружатели в виде гидроцилиндра с плунжером, установленные на каждой направляющей, и захваты, размещенные по длине образца и связанные с соответствующими нагружателями. Стенд снабжен дополнительными нагружателями в виде гидроцилиндра с плунжерами. Нагружатели попарно расположены на направляющих. На плунжерах нагружателей вдоль их оси закреплены зубчатые рейки. Захваты выполнены в виде зубчатых колес, расположены между рейками пар нагружателей и кинематически связаны с ними. Технический результат − обеспечение испытаний при многоточечном изгибе в разных плоскостях, а также при многоточечном кручении и совместно при многоточечном кручении и изгибе с независимым изменением направлений изгиба и кручения участков образца в ходе испытаний. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит основание, опорный элемент в виде трубы, нагружатели, установленные на внутренней поверхности трубы, разъемные фиксаторы нагружателей на трубе и захваты, размещенные по длине образца и связанные с соответствующими нагружателями. Стенд дополнительно снабжен ударным механизмом, выполненным в виде электромагнитной катушки, якоря, взаимодействующего с катушкой, упругого элемента для возврата катушки в исходное положение, толкателя, соединенного с якорем, и ударника, закрепленного на толкателе с возможностью взаимодействия с поверхностью трубы. На трубе установлены торцевые заглушки, а труба заполнена наполнителем. Технический результат: приближение условий испытаний к реальным условиям работы длинномерных изделий путем обеспечения испытаний при нагружении длинномерного образца не только многоточечным статическим изгибом в разных направлениях, но и ударными радиальными или линейными волнами в одном или во встречных направлениях с изменением ориентации волн относительно радиальных направлений образца при распространении волн через реальную среду наполнителя. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области метрологии, а именно к средствам получения чистого изгиба эталонной балки для испытаний тензодатчиков. Устройство содержит станину, установленную в ней эталонную балку с системой измерения деформаций, систему нагружения балки с контактными роликами и движителем. Станина выполнена в виде стойки с закрепленной на ней горизонтальной распорной балкой, по концам которой установлены цилиндрические шарниры, служащие осями подвеса двух вертикально расположенных симметричных рычагов, нижние концы рычагов шарнирно соединены посредством противоположно направленных соосных тяг с общим для них дифференциальным «плавающим» движителем. В верхней части каждого рычага попарно сверху и снизу от эталонной балки установлены четыре опорных ролика. Между роликами и эталонной балкой, также сверху и снизу, размещены «подушки» в виде плоских пластин с полуцилиндрическими выступами на противоположных краях, контактирующих с эталонной балкой непосредственно по образующим цилиндрических поверхностей этих выступов, а точки контакта опорных роликов с плоскими сторонами пластин-«подушек» попарно находятся на соответствующих нормалях к плоской поверхности пластин-«подушек». Технический результат: получение чистого изгиба балки с повышенной степенью точности достижения необходимой относительной деформации, снижение прилагаемых усилий для получения необходимой деформации, а также уменьшение габаритов и массы стенда. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области испытаний строительных материалов и конструкций, а именно к технике контроля качества материалов и исследования их деформативных свойств. Устройство для контроля прочности железобетонных конструкций включает силовую раму из штанг и закрепленных на ней с помощью гаек ригелей, траверсу с центрирующими опорами, гидравлический домкрат. Устройство также содержит дополнительный ригель, дополнительную траверсу, грузовую консоль с уровнем и страховочные рейки, прикрепленные к неподвижным ригелям. При этом дополнительный ригель расположен между неподвижными верхним и нижним ригелями с возможностью перемещения при малых усилиях посредством гаек и упорных подшипников, расположенных между верхней гайкой и ригелем, а при больших - с помощью установленного на нем домкрата, причем один конец грузовой консоли расположен между траверсами, а второй - оснащен грузовой платформой. Причем для испытания балок на поперечный изгиб один образец укладывается на нижний ригель, а второй - на верхнюю траверсу с опорой на дополнительный ригель через центрирующие опоры, расположенные с расчетным эксцентриситетом. Техническим результатом является получение достоверных результатов при проведении испытаний образцов на поперечный изгиб или продольное сжатие при различных схемах нагружения как при длительных, так и кратковременных, в том числе и при длительных испытаниях на ползучесть. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к установкам для испытания образцов материалов на изгиб. Установка содержит основание, установленную на нем поворотную платформу, захват образца, закрепленный на платформе, два центробежных груза, предназначенные для закрепления на концах образца, привод вращения платформы, включающий вал с приводом вращения, пару катков, установленных с эксцентриситетом по разные стороны от оси вращения платформы и предназначенных для фрикционного взаимодействия с ней, один из которых установлен на валу. Установка дополнительно снабжена вторым валом, установленных соосно первому валу, и приводом вращения второго вала, при этом второй каток установлен на втором валу. Технический результат: расширение функциональных возможностей установки путем обеспечения испытаний как при знакопеременном изгибе в двух плоскостях, так и при знакопеременном изгибе в одной плоскости и знакопостоянном изгибе во второй плоскости, а также при круговом изгибе и круговом изгибе с растяжением. 1 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к механическим испытаниям материалов, в частности к способам испытания строительных конструкций, и может быть использовано для испытания балочных конструкций на изгиб. Сущность: на образец прикладывают регулируемую циклическую нагрузку и по скорости нагружения или скорости разгружения, и по ее величине, выбранные параметры нагрузки выдерживают на заданном промежутке времени. Диапазон и место приложения нагрузок регулируют устройством нагружения и силовым устройством, а прочностные и деформационные параметры испытываемой конструкции измеряют в заданном интервале времени. Установка содержит закрепленные в силовом полу опоры для размещения испытываемого образца, устройство нагружения с силовым устройством. Устройство нагружения выполняют в виде, по меньшей мере, одного рычага, а силовое устройство выполняют в виде грузовой емкости, которую размещают на каждом рычаге устройства нагружения и выполняют с возможностью заполнения ее жидкостью. Технический результат: возможность оценить прочностные и эксплуатационные параметры изгибаемых строительных конструкций в реальных режимах изменения нагрузок при эксплуатации после полной и частичной разгрузки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка содержит основание, установленные на нем соосно торцевые и центральный захваты с общей осью вращения и отверстиями для образца, привод вращения торцевых захватов, толкатель, одним концом связанный с центральным захватом, и нагружатель, соединенный с другим концом толкателя. Отверстия в захватах имеют некруглое сечение и выполнены в соответствии с сечением образца. Технический результат: увеличение объема информации путем проведение испытаний при одноцикловом и двухцикловом нагружении изгибом с постоянным соотношением усилий в продольных сечениях образца. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испытаний плоских образцов на изгиб. Сущность: концы образцов закрепляют на опоре, выполненной в виде замкнутой рамы с двумя подвижными распорками. Изгибают образцы и определяют величину прогиба в условиях сложного изгиба. При этом коэффициент распора в процессе нагружения является переменным. Технический результат: возможность проводить испытания в условиях сложного изгиба с переменным в процессе погружения коэффициентом распора, что дает возможность выполнять экспериментальные исследования накопления остаточных прогибов в пластинах обшивки корпусов судов в процессе эксплуатации. 3 ил.

Изобретение относится к технике испытаний протяженных объектов с переменной по длине жесткостью. Сущность: объект консольно закрепляют на силовой колонне и с помощью механического кривизномера измеряют кривизну отдельных его участков, средние сечения которых располагаются в заданных расчетных сечениях, при изгибе объекта под действием заданной нагрузки, приложенной к свободному его концу. Кривизну отдельных участков, расположенных в различных сечениях по длине объекта, измеряют путем последовательной перестановки кривизномера от сечения к сечению по реперным шайбам, сначала в исходном деформированном состоянии при изгибе под действием некоторой начальной нагрузки, а затем при изгибе после приложения заданной дополнительной нагрузки. Вычисляют кривизну каждого участка, соответствующую изгибающему моменту от заданной нагрузки, как разность значений кривизны, измеренной кривизномером в двух указанных деформированных состояниях объекта, и определяют изгибную жесткость в расчетном сечении как частное от деления изгибающего момента в среднем сечении участка на измеренную кривизну, умноженное на поправочный коэффициент, который предварительно находят расчетным способом по известным функциям распределения номинальных изгибных жесткостей объекта и изгибающих моментов, задаваемых при испытании, как отношение номинального значения средней кривизны участка к номинальному значению кривизны в среднем его сечении. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а более точно касается определения остаточных напряжений в покрытии и энергии, необходимой для их высвобождения. Сущность: осуществляют нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по 4-точечной схеме. Нагружение образца осуществляют плавно до величины нагрузки, не превышающей предел упругости материала покрытия, последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие, продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю, и измеряют остаточную деформацию сжатия. По полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики, включающие: энергию высвобождения внутренних напряжений ; энергию, необходимую для полной релаксации остаточных напряжений ; плотность энергии, необходимой для полной релаксации остаточных напряжений. Технический результат: получение комплекса механических характеристик газотермического покрытия, которые позволяют контролировать его качество и создавать совершенный технологический процесс его получения. 3 ил.

Наверх