Способ испытания конструкционного материала на пластичность

Авторы патента:

G01N3/28 - исследование пластичности, например при определении пригодности листового металла для глубокой вытяжки или выдавливания

Владельцы патента RU 2555476:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области механических испытаний конструкционных материалов и может быть использовано при определении механических характеристик листовых материалов в условиях плоской деформации. Способ испытания конструкционного материала на пластичность заключается в том, что гладкий плоский образец прямоугольной формы нагружают до разрушения сменным пуансоном полуцилиндрической формы в съемной щелевой матрице, устанавливают минимальный радиус гиба и толщину рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины, на основании которых рассчитывают величину предельной пластичности его материала. Техническим результатом является повышение точности испытания путем создания на рабочей части образца однородного деформированного состояния. 1 ил.

Изобретение относится к области механических испытаний конструкционных материалов, в частности к способам испытания конструкционного материала на пластичность, и может быть использовано при определении механических характеристик листовых материалов в условиях плоской деформации в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ испытания конструкционного материала на пластичность, представленный в авторском свидетельстве [1].

В данном способе образец с концентраторами напряжений изгибают с помощью пуансона с плоской рабочей поверхностью, доводят его до разрушения и регистрируют пластические деформации.

Недостатком известного технического решения является низкая точность, обусловленная сдерживающим влиянием сил трения в области контакта плоской рабочей поверхности пуансона и образца, приводящих к неоднородному деформированному состоянию на рабочей части образца.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности испытания путем создания на рабочей части образца однородного деформированного состояния.

Это достигается тем, что в способе испытания конструкционного материала на пластичность, согласно изобретению используют гладкий плоский образец, который нагружают сменным пуансоном полуцилиндрической формы в съемной щелевой матрице.

На чертеже приведена схема испытания.

Способ осуществляют следующим образом. Из исследуемого материала изготавливают гладкий плоский образец, имеющий прямоугольную форму. Затем образец 1 устанавливают на зеркало жесткой щелевой матрицы 2. С целью уменьшения сил трения между образцом и матрицей размещают фторопластовую пленку толщиной 0,2 мм. К подвижной нагружающей плите 3, в гнездо которой вставлен сменный пуансон 4 полуцилиндрической формы, прикладывают усилие Р пресса и производят изгиб образца. В ходе испытания пуансон проталкивает образец в щелевую матрицу. Вследствие стеснения деформации вдоль линии сгиба на рабочей части образца реализуется однородное плоское деформированное состояние. После завершения испытания и снятия нагрузки деформированный образец выпадает из матрицы в свободное подштамповое пространство.

Изгиб образцов проводят набором сменных пуансонов полуцилиндрической формы в соответствующих съемных щелевых матрицах. Ширину щели матрицы выбирают в зависимости от толщины образца и радиуса пуансона таким образом, чтобы обеспечить свободное прохождение пуансона с деформированным образцом через матрицу. Последовательно уменьшая в ходе испытания радиус пунсона, устанавливают минимальный радиус гиба R_min, при котором на наружной (растянутой) поверхности образца появляется первая видимая невооруженным глазом трещина. За минимальный радиус гиба принимают радиус последнего пуансона.

После испытания измеряют толщину t рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины и рассчитывают величину предельной пластичности ε_пр его материала по формуле

$ε_{п р} = \frac{2}{\sqrt{3}} \ln (1 + \frac{t}{2 R_{\min}}) .$

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность определения пластичности конструкционного материала.

Пример конкретной реализации способа

Испытание образцов из алюминиево-литиевого сплава 1420 осуществляли на универсальной испытательной машине Р-20 с целью исследования анизотропии пластичности этого материала в плоскости листа. Для этого из листа толщиной 1,2 мм вырезали девять прямоугольных образцов размерами в плане 30×20 мм, три из которых были ориентированы меньшей стороной вдоль прокатки, три - поперек и три под углом 45°. Изгиб образцов осуществляли в экспериментальном штампе, который свободно, без дополнительного крепления, устанавливали на неподвижной траверсе испытательной машины. Испытываемый образец размещали на матрице таким образом, чтобы его меньшая сторона была параллельна предполагаемой линии сгиба.

Для проверки реализации на рабочей части изгибаемого образца условий однородной плоской деформации после испытания определяли деформации по предварительно нанесенной на образец фотоконтактным способом квадратной делительной сетке с базой 1 мм. С этой целью на универсальном микроскопе УИМ-22 с точностью ±0,01 мм измеряли размеры ячеек деформированной делительной сетки. Измерения показали, что на всех испытанных образцах деформации по их ширине отсутствовали, что свидетельствовало о том, что при испытании реализуются условия однородной плоской деформации.

В ходе испытания устанавливали минимальный радиус гиба и толщину рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины, по которой рассчитывали значение первой главной деформации разрушения

$ε_{1} = \ln (1 + \frac{t}{2 R_{\min}}) . (1)$

Предельная пластичность материала ε_пр равна интенсивности деформации ε_i, накопленной к моменту разрушения. В случае плоской деформации, реализуемой при изгибе образца, ε₂=0, а предельная пластичность его материала

$ε_{п р} = ε_{i} = \frac{2}{\sqrt{3}} ε_{1} . (2)$

Из сопоставления соотношений (1) и (2) следует, что предельная пластичность материала образца

$ε_{п р} = \frac{2}{\sqrt{3}} \ln (1 + \frac{t}{2 R_{\min}}) . (3)$

В результате проведения испытаний было установлено, что для исследованного сплава 1420 предельная пластичность существенно зависит от направления вырезки образцов. Максимальная величина предельной пластичности имела место в направлении, составляющем 45° к направлению прокатки, и оказалась равной 0,16. Эта величина на 30% превысила предельную пластичность в направлении прокатки.

Таким образом, представленные экспериментальные данные позволяют сделать заключение о возможности реализации с достаточной степенью точности предлагаемого способа испытания конструкционного материала на пластичность.

Предлагаемый способ позволяет определять с высокой точностью и достоверностью характеристики механических свойств конструкционных материалов при испытании в условиях однородной плоской деформации. Этот способ может быть использован, в частности, для установления предельной пластичности конструкционных материалов при испытании в условиях плоской деформации, необходимой для построения диаграммы предельной формуемости материала, применяемой при проектировании технологических процессов обработки металлов давлением. Использование предлагаемого способа позволит определять необходимые характеристики механических свойств конструкционных материалов, применяемых в различных отраслях промышленности, путем проведения испытаний в механических лабораториях промышленных предприятий.

Литература

1. Авт.св. СССР 667858, кл. G01N 3/28. 15.06.1979, БИ №22.

Способ испытания конструкционного материала на пластичность, заключающийся в том, что образец изгибают с помощью пуансона, доводят его до разрушения и регистрируют пластические деформации, отличающийся тем, что используют гладкий плоский образец прямоугольной формы, который нагружают сменным пуансоном полуцилиндрической формы в съемной щелевой матрице, устанавливают минимальный радиус гиба и толщину рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины, на основании которых рассчитывают величину предельной пластичности его материала.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях плоской деформации.

Способ испытания листовых материалов на растяжение // 2527671

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях одноосного растяжения в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Способ определения зоны пластической деформации под изломом в образце // 2516391

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам определения в образцах после однократного ударного нагружения зон пластического деформирования под изломом, и может быть использовано для оценки изменения свойств в сталях вблизи развивающейся трещины, поэтапно или после разрушения образца, контроля причин разрушения изделия и при диагностике в технической экспертизе.

Способ прогнозирования степени охрупчивания теплостойких сталей // 2508532

Изобретение относится к методам тепло-прочностных испытаний конструкционных материалов преимущественно при прогнозировании и оценке работоспособности необлучаемых конструктивных элементов в атомной технике.

Способ исследования течения металла при горячей объемной штамповке изделий // 2506138

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано, в частности, при изготовлении поковок коленчатых валов горячей объемной штамповкой.

Способ испытания листового материала на пружинение и предельные параметры при вытяжке стакана с фланцем (варианты) // 2460985

Изобретение относится к листовой штамповке. .

Способ прогнозирования трещинообразования, устройство обработки, программный продукт и носитель записи // 2445601

Изобретение относится к способу прогнозирования трещинообразования для выделения участка опасности трещинообразования при осуществлении анализа деформации методом конечных элементов, устройству обработки и носителю записи.

Способ определения полосчатой структуры металла листового проката феррито-перлитных сталей // 2439169

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения. .

Способ испытания и оценки эффективности технологических смазок // 2437076

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Способ прогнозирования разрушения // 2434217

Способ построения диаграммы предельных деформаций листового материала // 2571183

Изобретение относится к листовой штамповке, а в частности к исследованию механических свойств листовых материалов для оценки их штампуемости, а также для использования в CAD/CAE-системах при компьютерном моделировании и проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки. Сущность: диаграмму предельных деформаций строят по относительному равномерному удлинению δр по ГОСТ 11701-84, затем вычисляют ординату ln(1+δр) первой точки диаграммы предельных деформаций, далее для модели линейного растяжения изотропного образца рассчитывают абсциссу -0,5ln(1+δр) этой первой точки, из построенной первой точки проводят отрезок прямой под углом 45° к оси ординат до пересечения с этой осью ординат во второй точке, третью точку получают с абсциссой и ординатой 2ln(1+δр), соединяют вторую и третью точки отрезком прямой, из третьей точки проводят отрезок прямой ε1=ε2 до четвертой точки с абсциссой и ординатой 3ln(1+δр), а отрезок прямой, проходящей через первую и вторую точки, продлевают влево до пятой точки с абсциссой -ln(1+δр). Технический результат: сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки, экономия листового материала за счет сокращения процента брака при отладке технологических процессов, а также значительное упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей, например кузовных деталей легковых автомобилей и другой техники. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ построения диаграммы предельных деформаций листового материала // 2591294

Изобретение относится к листовой штамповке, в частности к исследованию механических свойств листовых материалов для оценки их штампуемости, а также для использования в CAD/CAE-системах при компьютерном моделировании и проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки. Сущность изобретения: на полученный из листового материала образец наносят делительную сетку, образец испытывают, измеряют делительную сетку, рассчитывают наименьшую главную деформацию и наибольшую главную деформацию и по нанесенным на координатную сетку значениям деформаций по оси абсцисс и по оси ординат строят диаграмму предельных деформаций. Диаграмму предельных деформаций строят по относительному равномерному удлинению и коэффициенту анизотропии, приводимых в сертификате на листовой материал, по которым вычисляют отрицательную абсциссу и положительную ординату первой точки на левой половине диаграммы предельных деформаций. Из построенной первой точки проводят прямую под углом 45° к осям координат до пересечения с осью ординат во второй точке и получают левую половину диаграммы предельных деформаций. Третью точку на правой половине диаграммы предельных деформаций строят с абсциссой и ординатой из условия, что при испытании на двухосное растяжение образца полусферическим пуансоном или жидкостью интенсивность деформаций элементов вблизи места разрыва образца в 2 раза больше интенсивности деформаций элементов образца вблизи места разрыва при испытании на одноосное растяжение, известной для левой половины диаграммы предельных деформаций. Соединяют вторую и третью точки прямой и получают правую половину диаграммы предельных деформаций. Технический результат: сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки, экономия листового материала, а также значительное упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей, например кузовных деталей легковых автомобилей и другой техники. 2 ил.

Способ изготовления модельного образца для определения деформаций // 2616671

Изобретение относится к прокатному и кузнечно-прессовому производству при исследовании напряженно-деформированного состояния металла в различных процессах пластического формоизменения. На поверхности пластин одинаковых размеров из модельного материала выполняют риски треугольного профиля и собирают пластины в пакет. Перед выполнением рисок измеряют пористость заготовок для прокатного и кузнечно-прессового производства. Глубину рисок выполняют, увеличивая ее в направлении от периферийных зон к центру пропорционально этой пористости. Обеспечивается повышение точности измерений, снижение брака изделий при пластическом формоизменении заготовок. 2 ил.

Способ определения пластичности металлов и сплавов // 2617798

Изобретение относится к области механических испытаний и может быть использовано для исследования пластических свойств металлов и сплавов в зависимости от их напряженного состояния и, в частности, для определения поверхности пластичности материала в виде функции двух аргументов: показателя Лоде-Надаи и показателя «жесткости» напряженного состояния. Сущность: осуществляют изготовление образцов, проведение механических испытаний каждого из них до разрушения и определение по результатам испытаний значения показателей пластичности. Для проведения испытаний изготавливают партию плоских образцов с перемычкой, образованной пазами, направленными от боковых поверхностей образца к центру, причем угол наклона пазов каждого образца партии образцов по отношению к его вертикальной оси разный и находится в диапазоне от 0° до 180°. Проводят механические испытания каждого образца партии, по результатам которых определяют момент разрушения каждого образца, после чего проводят моделирование испытаний образцов в программе, основанной на методе конечных элементов, по которому определяют показатели пластичности образцов в момент их разрушения, определенный при механических испытаниях. Технический результат: разработка способа исследования пластичности металлов и сплавов, обладающего высокой точностью результатов, простого в осуществлении за счет сокращения номенклатуры специального испытательного оборудования, комплекта оснасток и специальных приспособлений, а также обладающего более высокими функциональными возможностями за счет обеспечения варьирования показателей жесткости напряженного состояния и Лоде-Надаи в широких диапазонах. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Способ испытания листовых материалов // 2620781

Изобретение относится к листовой штамповке, частности к исследованию механических свойств листовых материалов для оценки их штампуемости, а также для использования в CAD/CAE-системах при компьютерном моделировании и проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки. Сущность способа - осуществляют нанесение делительной сетки на заготовку из испытуемого листового материала, укладку заготовки в устройство, зажим края заготовки между матрицей и прижимом, формовку заготовки пуансоном до разрушения и построение точек на диаграмме предельных деформаций по результатам измерения делительной сетки после испытания. Из испытуемого листового материала отрезают заготовку с габаритными размерами, превышающими габаритные размеры имеющегося на прижиме рифта в плане. Под заготовку подкладывают технологическую прокладку таких же размеров, что и заготовка, из материала, показатели пластичности которого не ниже показателей пластичности испытуемой заготовки, а отверстие в технологической прокладке выполнено диаметром, меньшим диаметра пуансона. Контактирующие поверхности технологической прокладки и заготовки обезжиривают и между ними насыпают порошок типа канифоли. Перед формовкой между пуансоном и технологической прокладкой непосредственно над торцом пуансона внутри рифта в плане укладывают антифрикционную прокладку таких габаритных размеров, чтобы в процессе испытания технологическая прокладка касалась поверхности пуансона только через эту антифрикционную прокладку, при этом торец пуансона выполняют плоским с поднутрением и с закругленной по радиусу кромкой. На испытательной машине двойного действия с нижним приводом и двумя наружным и внутренним ползунами жесткий зажим края заготовки выполняют рифтом в плане по окружности, концентричной круглому контуру пуансона в плане, при ходе наружного ползуна вверх. Формовку заготовки до разрыва осуществляют дном вверх через антифрикционную прокладку и технологическую прокладку пуансоном при ходе внутреннего ползуна вверх. Технический результат: снижение трудоемкости, сроков и стоимости построения ДПД листовых материалов, сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки для листовой штамповки, получение экономии листового материала за счет сокращения процента брака при отладке технологических процессов, а также упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения пластических свойств стержневых резьбовых крепежных изделий // 2622487

Изобретение относится к испытаниям материалов, а именно к способам определения пластических свойств крепежных изделий таких, как болты, винты и шпильки. Сущность: полноразмерный образец изделия в виде болта, винта или шпильки растягивают соосным нагружением, проводят регистрацию значений деформации, по которым вычисляют значения характеристик и судят о пластических свойствах изделия. Нагружение образца осуществляют до максимальной нагрузки и прерывают испытание после ее достижения с последующим разгружением образца и фиксированием значения его абсолютного остаточного удлинения, а далее вычисляют относительное равномерное удлинение (δp). В качестве расчетного участка с разметкой используют непосредственно резьбу изделия. Технический результат: упрощение процесса испытания, обеспечение возможности определения особо важной характеристики пластичности - относительного равномерного удлинения (δp), а также повышения точности и достоверности измерения остаточной пластической деформации крепежного изделия после воздействия максимальной растягивающей осевой нагрузки или в зоне разрушения после его разрыва (при определении локализованного относительного удлинения - δлок). 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Способ испытаний материалов для определения силовых параметров при получении полых заготовок обработкой давлением // 2625545

Изобретение относится к способам определения силовых параметров при получении полых заготовок произвольной геометрии обработкой давлением в лабораторных условиях. Сущность: осуществляют закрытое обратное выдавливание «базовой» полости, представляющей собой цилиндрическую полость диаметром dп=10 мм с плоским дном, в цилиндрической заготовке диаметром D=20 мм и высотой Н=30 мм. Перед выдавливанием «базовой» полости с использованием метода координатных сеток определяют деформированное состояние для конкретной полой заготовки и по форме очага деформации устанавливают его высоту Нпл под торцом пуансона, формирующего конкретную полую заготовку, и параметр Sкп, характеризующий поверхность контакта деформируемой заготовки с деформирующим инструментом в очаге деформации, указанные параметры определяют и для «базовой» полости с использованием зависимостей Нпл/dп=1,6-1,4(dп/D) и Rпл/dп=2-0,32(D/dп), где Rпл - радиус границы очага деформации. Термомеханические параметры выдавливания «базовой» полости Т - температура испытаний, Sp - рабочий ход пуансона, Vd - скорость рабочего хода пуансона устанавливают из условий теплового Тп/Тз=idem, где Тп - температура пуансона, Тз - температура заготовки, деформационного Sp/Hпл=idem, скоростного Vd⋅η/Hпл⋅σs=idem, где η - вязкость материала заготовки, σs - напряжение текучести материала заготовки, подобия процессов выдавливания "базовой» полости и получения конкретно исследуемой полой заготовки. Само деформирующее усилие при получении конкретно исследуемой полой заготовки определяют из зависимости Рп/Рб=(Sкп)п/(Sкп)б, где Рп и Рб - соответственно усилия деформирования при получении конкретно изучаемой полой заготовки и при выдавливании «базовой» полости, (Sкп)п и (Sкп)б - соответственно поверхность контакта деформируемой заготовки с деформирующим инструментом в очаге деформации заготовки при получении конкретно изучаемой полой заготовки и при выдавливании «базовой» полости. Технический результат: повышение точности определения силовых параметров при получении полых заготовок произвольной геометрии обработкой давлением в лабораторных условиях на стандартном испытательном оборудовании усилием до 100 кН; снижение трудоемкости экспериментальных программ по определению силовых параметров при получении полых заготовок произвольной геометрии. 3 ил.

Устройство для испытания листовых материалов // 2631230

Изобретение относится к листовой штамповке, а в частности к исследованию механических свойств листовых материалов для оценки их штампуемости, а также для использования в CAD/CAE-системах при компьютерном моделировании и проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки. Устройство содержит пуансон, матрицу и прижим, отличающееся тем, что на прижиме выполнен рифт треугольного поперечного сечения в плане по окружности, концентричной круглому контуру пуансона, торец которого выполняют плоским с поднутрением и с закругленной по радиусу кромкой, на матрице выполнено соответствующее углубление под этот рифт с учетом толщины испытуемого листового материала таким образом, чтобы в зажатом состоянии боковые поверхности рифта и заготовки плотно прилегали к друг другу с наличием зазора между заготовкой и плоскостью прижима, из которой выступает рифт, устройство содержит технологическую прокладку, размещенную под заготовкой с идентичными ей размерами из материала, показатели пластичности которого не ниже показателей пластичности испытуемой заготовки, технологическая прокладка содержит отверстие с диаметром, меньшим диаметру пуансона, между контактирующими обезжиренными поверхностями технологической прокладки и заготовки расположен порошок типа канифоль, между технологической прокладкой и пуансоном расположена антифрикционная прокладка, выполненная из полиэтилена или тефлона с нанесенным на ее верхнюю и нижнюю стороны смазочным материалом. Технический результат: снижение трудоемкости, сроков и стоимости построения ДПД листовых материалов, сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки для листовой штамповки, экономия листового материала, а также значительное упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ оценки деформируемости плоских образцов, изготовленных методом селективного лазерного спекания // 2643698

Изобретение относится к области технологических испытаний материалов, а именно к методам оценки деформируемости изделий, полученных селективным лазерным спеканием. Сущность: образцы подвергают деформации. За меру деформируемости берут отношение величины пластической деформации к величине, вызвавшей данную деформацию. Образцы подвергают деформации изгиба в инструментальном штампе, измеряют высоту криволинейного равнобедренного треугольника по внешней и внутренней стороне, определяют длину нейтрального слоя по следующей формуле. Технический результат: получение однозначного показателя деформируемости образцов после селективного лазерного спекания. 2 ил.