Способ определения толщины наклепанного слоя

Авторы патента:

G01N3/00 - Исследование прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий (тензометры G01B; измерение механических напряжений вообще G01L 1/00)

Владельцы патента RU 2571305:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU)

Изобретение относится к методам испытания металлов, в частности к методам определения толщины наклепанного слоя металлических деталей, и может быть применено в дробеструйной обработке рабочих поверхностей. Сущность: осуществляют поверхностное пластическое деформирование до получения остаточного отпечатка, измерение диаметра остаточного отпечатка на поверхности детали и определение расчетным путем толщины упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя. Перед проведением дробеструйной обработки определяют исходную твердость материала детали по методу Бринелля, измеряют плотность материала дроби, а также рассчитывают скорость дроби в момент удара, исходя из которых определяют толщину упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя, измеряя диаметр шара (дроби) D, плотность материала $ρ$ и скорость шаров в момент удара V, а также статическую твердость обрабатываемой поверхности HB. Рассчитывают толщину упрочненного наклепом поверхностного слоя по формуле. Технический результат: снижение времени определения толщины наклепанного слоя за счет уменьшения количества измеряемых параметров.

Известен способ определения толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя (Авторское свидетельство №1422081, опубл. 07.09.1988), заключающийся в том, что из исследуемой детали вырезают два плоских образца так, чтобы плоскости реза были перпендикулярны поверхностному слою, образцы совмещают по поверхностям упрочненного слоя так, чтобы поверхности реза лежали в одной плоскости, а перед операцией шлифования закрепляют совмещенные образцы в фиксаторе, образцы подвергают пластическому деформированию в направлении, параллельном упрочненному слою, а за искомую величину толщины принимают расстояние от наклепанной поверхности до линии начала отклонения профиля реза от плоскости.

Недостатком этого способа является то, что для проведения измерений необходимо проводить технологическую операцию разрезания образца перпендикулярно упрочненному слою, что приводит к разрушению образца.

Известен способ определения толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя (Авторское свидетельство №1404879, опубл. 23.06.1988), заключающийся в том, что образец материала детали, состоящий из двух частей с полированными контактирующими поверхностями подвергают поверхностной пластической деформации и определяют границу помутнения контактирующих поверхностей, по которой судят о толщине упрочненного слоя, при этом используют образец, одна из частей которого выполнена с монотонно изменяющейся толщиной вдоль поверхности контакта, поверхностной пластической деформации подвергают эту часть со стороны, противоположной поверхности контакта, а толщину упрочненного слоя определяют по толщине этой части на границе помутнения.

Недостатком этого способа является необходимость дополнительного изготовления из материала детали специального образца, состоящего из двух частей и последующего поверхностного пластического деформирования этого образца, что приводит к удорожанию процесса определения упрочненного слоя.

Известен способ определения толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя (Патент РФ №2194263, опубл. 10.12.2002), выбираемый в качестве прототипа. Сущность данного способа заключается в следующем, материал детали подвергают поверхностной пластической деформации до получения остаточного отпечатка на поверхности детали, измеряют диаметр остаточного отпечатка на поверхности детали и определяют соотношение статической твердости материала дроби и статической твердости материала детали, по которому определяют соотношение динамической твердости материала дроби и динамической твердости материала детали, исходя из которого, расчетным путем, определяют толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя.

Недостатком указанного способа является то, что необходимо определять соотношение статических и динамических твердостей дроби и детали, что приводит к увеличению времени определения толщины наклепанного слоя.

Техническим результатом данного изобретения является снижение времени определения толщины наклепанного слоя за счет уменьшения количества измеряемых параметров.

Технический результат достигается тем, что перед проведением дробеструйной обработки определяют исходную твердость материала детали по методу Бринелля, измеряют плотность материала дроби, а также рассчитывают скорость дроби в момент удара, исходя из которых определяют толщину упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя, измеряя диаметр шара (дроби) D, плотность материала ρ и скорость шаров в момент удара V, а также статическую твердость обрабатываемой поверхности НВ, рассчитывают толщину упрочненного наклепом поверхностного слоя по формуле

где d_ш - диаметр отпечатка на материале с заданной твердостью НВ, полученной по методу Бриннеля, и рассчитываемый по формуле

Способ осуществляется следующим образом, известна формула (1), связывающая диаметр d сферической вмятины, образующейся на поверхности пластины в результате ударного воздействия шарообразного предмета, с его диаметром D, плотностью материала ρ, скоростью в момент удара V (Саверин М.М. Дробеструйный наклеп. М.: Машгиз, 1955. - 312 с., на с. 16, формула 7)

где

- динамическая твердость материала пластины, не зависящая от величины энергии удара и диаметра шара (Там же на с. 15, формула 6).

Поскольку значения Н_д в литературных источниках приведены для весьма ограниченного числа материалов, этот параметр предлагается устанавливать, исходя из твердости НВ конкретного материала при статическом вдавливании шарика, по следующей методике.

В соответствии с законом Майера (Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 2, М., 2005. - 544 с. на с. 71, формула 20.2), справедливого при вдавливании шарика в пластину, как в статических, так и в динамических условиях

где D_ш - диаметр вдавливаемого шарика, а ₀, n - постоянные, характеризующие материал пластины.

Исходя из условий проведения замеров статической твердости материалов по методу Бринелля (усилие вдавливание P=3000 кгс, диаметр вдавливаемого шарика D_ш=10 мм), по величине НВ анализируемого материала определяется (4) соответствующий ему диаметр d_ш отпечатка. Расчет проводится по общеизвестной формуле (4)

По величине d_ш на основании (3) по формуле (5) рассчитывается соответствующее значение постоянной а ₀ _стат для статических условий. При этом за значение n принимается усредненная для всех классов материалов величина n=2,2 из таблицы приведенной в книге Шапошникова Н.А. Механические испытания металлов. М. - Л.: Машгиз, 1954. - 443 с., на с. 341, таблица 29.

Поскольку, как следует из сравнения данных таблицы (там же на с. 341, таблица 29) для динамических условий практически для всех материалов n=2, а значения а₀ _дин ≈ 1,5 а ₀ _стат, уравнение (2), с учетом (3) и (5), преобразовывается к виду

После подстановки установленного значения Н_д в (1) рассчитывается (7) диаметр сферической вмятины d от единичного удара шара в процессе дробеструйной обработки

где K - коэффициент, равный 10⁷, для перевода величины Н_д из кгс/мм² в систему СИ (Н/м²), a d_ш - диаметр отпечатка в мм, получаемый при вдавливании шарика по методу Бринелля в материал с заданной твердостью НВ, рассчитываемый по формуле (4).

Многократное воздействие дроби учитывается по формуле (8), взятой из статьи Кудрявцева И.В. «Влияние кривизны соприкасающихся поверхностей на глубину пластической деформации при упрочнении деталей поверхностным наклепом» / И.В. Кудрявцев, Г.Е. Петушков // Повышение прочности деталей машин поверхностным деформированием: материалы II научно-технической конференции. Пермский политехнический институт. Пермь, 1967. С 40-52 на стр. 42

Толщина наклепанного слоя h рассчитывается по формуле (9) из статьи того же автора (формула 2 б на стр. 41)

С учетом (8), (9) выражение для расчета толщины наклепанного слоя в результате многократного воздействия дроби примет вид

где , при D [м], ρ [кг/м³], V[м/с], HB [кгс/мм²].

Способ определения толщины упрочненного наклепом поверхностного слоя металлических деталей при дробеструйной обработке, включающий поверхностное пластическое деформирование до получения остаточного отпечатка, измерение диаметра остаточного отпечатка на поверхности детали и определение расчетным путем толщины упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя, отличающийся тем, что перед проведением дробеструйной обработки определяют исходную твердость материала детали по методу Бринелля, измеряют плотность материала дроби, а также рассчитывают скорость дроби в момент удара, исходя из которых определяют толщину упрочненного дробеструйной обработкой поверхностного слоя, измеряя диаметр шара (дроби) D, плотность материала $ρ$ и скорость шаров в момент удара V, а также статическую твердость обрабатываемой поверхности HB, рассчитывают толщину упрочненного наклепом поверхностного слоя по формуле

где d_ш - диаметр отпечатка на материале с заданной твердостью HB, полученной по методу Бриннеля, и рассчитываемый по формуле

Изобретение относится к способам установления возможности термического совмещения различных конструкционных сталей в плакированных изделиях и может найти применение на предприятиях энергетической отрасли, в проектных и научно-исследовательских организациях при проектировании и изготовлении энергетического оборудования.

Способ оценки остаточного ресурса по изменению потери пластичности конструкционной стали // 2555508

Изобретение относится к области прогнозирования остаточного ресурса резервуаров и магистральных газопроводов, эксплуатирующихся в условиях Крайнего Севера с применением способов неразрушающего контроля.

Системы и способы каротажа азимутальной хрупкости // 2553720

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения характеристик буровой скважины для проведения операции бурения. Заявлены способы и системы для сбора, получения и отображения индекса азимутальной хрупкости буровой скважины.

Способ экспериментального определения статико-динамических характеристик бетона // 2545781

Изобретение относится к области строительства, в частности к испытанию строительных материалов на прочность при растяжении и сжатии, и может быть использовано для определения параметров деформирования бетона при статическом и динамическом приложении нагрузки.

Способ определения напряженно-деформированного состояния материала с хрупким скелетом // 2543709

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к области инженерных изысканий, и может быть использовано для определения напряженно-деформированного состояния пород, а именно определения стадии развития деформационных процессов в массиве материала (в горном массиве, грунтов под инженерным сооружением и т.п.).

Способ определения ресурса металла трубопроводов // 2536783

Изобретение относится к методикам оценки остаточного ресурса металла труб эксплуатируемого магистрального трубопровода. Сущность: осуществляют установление текущего срока эксплуатации трубопроводов, вырезку образцов для проведения циклических испытаний, испытаний образцов на усталость, измерение твердости поверхности металла.

Способ определения ресурса металла трубопровода или сосуда // 2529444

Изобретение относится к методикам оценки ресурса металла трубопроводов, корпусов сосудов и технологических аппаратов, а также их конструктивных элементов - входных и выходных патрубков, штуцеров и пр.

Способ прогнозирования назначенного ресурса корпуса цельносварного шарового крана // 2526593

Изобретение относится к области обеспечения надежности и безопасности технических устройств, преимущественно тонкостенных конструкций, в частности сосудов и аппаратов, применяемых для сетей газораспределения, а именно цельносварных шаровых кранов, проведением ресурсно-прочностных исследований и обследования технического состояния средствами неразрушающего контроля.

Устройство для высокотемпературного испытания металлов и сплавов // 2521744

Устройство предназначено для высокотемпературного испытания металлов и сплавов в вакууме или газовой среде. Устройство содержит герметизированную разъемную камеру, состоящую из верхней и нижней частей, скрепленных между собой фланцевым соединением, тигель с размещенным в нем испытуемым образцом из металла или сплава, трубопроводы для откачки воздуха из камеры и подачи в нее газа, измеритель температуры, индукционный нагреватель.

Способ определения удельного сцепления грунтов // 2509294

Изобретение относится к инженерно-геологическим исследованиям грунтов, в частности к экспресс-методам определения удельного сцепления грунтов. Способ определения удельного сцепления грунтов заключается в том, что на образец грунта наносится 6 капель смачивающей жидкости с известными значениями поверхностного натяжения.

Способ определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне // 2578772

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно - к ледовым опытовым бассейнам для проведения испытаний моделей судов и инженерных сооружений, касается вопроса определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне. Способ определения прочности льда в ледовом опытовом бассейне включает измерение средней солености льда и средней температуры льда по его толщине и определение прочностных свойств льда на изгиб методом разрушения консольных балок льда на плаву. При этом предварительно в выбранном опытовом ледовом бассейне намораживают моделированные ледяные покровы, имеющие различную среднюю температуру, среднюю соленость и структуру, в которых затем проводят эксперименты по упомянутому определению прочности льда путем разрушения консольных балок льда на плаву с измерением средней солености льда S и средней температуры t по его толщине, в результате которых получают данные о прочности льда σ в виде зависимости σ=f(S,t), и структуры льда для выбранного опытового бассейна. А перед проведением модельных испытаний перед каждым экспериментом с буксируемыми моделями измеряют в ледовом опытовом бассейне среднюю соленость льда и температуру приледного слоя воды, которые вводят в бортовой компьютер. После чего, в процессе проведения испытаний с буксируемыми моделями, в темпе ведения эксперимента определяют температуру поверхности льда непосредственно перед буксируемой моделью на расстоянии, равном не менее восьми толщинам ледового покрова опытового бассейна перед буксируемой моделью в полосе шириной в 1,1-1,2 ширины испытуемой модели с помощью измерительного тепловизора, сканирующего поверхность льда в указанной полосе, значения которой постоянно регистрируют на бортовом компьютере, который на основе полученных данных вычисляют среднюю температуру льда по формуле: где tпов. - температура поверхности льда, tприл. - температура приледного слоя воды. С использованием полученных результатов измерений характеристик льда и результатов расчета компьютера и с применением ранее полученной зависимости σ=f(S,t), после обработки на компьютере, получают в процессе буксировки модели информацию о прочности льда вдоль полосы буксировки. Техническим результатом является повышение точности и достоверности результатов модельного эксперимента при одновременном повышении эффективности использования ледового поля для проведения в нем указанных экспериментов, что их выгодно отличает от прототипов. 2 ил.

Способ испытания прочности бетона монолитных строительных конструкций и анкерное приспособление для испытания прочности бетона монолитных строительных конструкций // 2582277

Группа изобретений относится к области строительства, в частности к испытаниям бетона монолитных вертикальных строительных конструкций методом отрыва со скалыванием. Представлен способ испытания прочности бетона монолитных строительных конструкций путем отрыва со скалыванием силовым устройством куска бетона монолитных строительных конструкций посредством анкерного приспособления и измерение прилагаемой силы отрыва, причем анкерное приспособление, закрепленное на трубке, предварительно устанавливают при монтаже опалубки монолитных строительных конструкций в зоне расположения тяжей, соединяющих щиты опалубки. Также описано анкерное приспособление для испытания прочности бетона монолитных строительных конструкций. Достигается снижение трудоемкости и повышение точности результатов испытаний. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ оценки остаточного ресурса металлических деталей // 2610821

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для прогнозирования остаточного ресурса деталей и элементов конструкций с помощью рентгенографического контроля на этапе их изготовления и эксплуатации в различных областях промышленности и техники, например машиностроении. Способ осуществляется следующим образом. Определяют методом рентгеновской дифрактометрии остаточные напряжения в контролируемых зонах новой и эксплуатируемой металлической детали, выбранные на линии пересечения поверхности металлической детали двумя ортогональными плоскостями сечения. Время эксплуатации новой, не эксплуатировавшейся металлической детали τэксп.=0, время эксплуатации эксплуатируемой металлической детали τэксп.ТС, соответствующим регламенту определения технического состояния узла. Определяют стандартное отклонение (СО) остаточных напряжений для новой и эксплуатируемой металлических деталей. Для новой металлической детали стандартному отклонению присваивают значение СО0, а для эксплуатировавшейся металлической детали стандартному отклонению - значение СОэ. Устанавливают предельно допустимый порог стандартного отклонения как удвоенную величину стандартного отклонения 2СО0 остаточных напряжений на поверхности новой металлической детали. По двум характерным значениям стандартного отклонения СО0, соответствующего времени эксплуатации τэксп.=0 и СОэ, соответствующего времени эксплуатации τэксп.ТС, определяют линейную зависимость изменения стандартного отклонения от времени эксплуатации с углом наклона к оси абсцисс α, затем определяют время эксплуатации металлической детали τэксп.р, соответствующее точке пересечения линейной зависимости с линией предельно допустимого порога стандартного отклонения [СО]. Остаточный ресурс Р0 контролируемой металлической детали вычисляют как разность времени эксплуатации до предельно допустимого порога стандартного отклонения и времени эксплуатации контролируемой металлической детали до плановой оценки ее технического состояния Р0=τэксп.р-τэксп.ТС. 4 ил., 3 табл.

Способ определения остаточного ресурса узла транспортного средства // 2612951

Изобретение относится к области диагностики транспортных средств и отдельных его узлов и предназначено для оценки остаточного и отработанного ресурса узлов. Способ технической диагностики и оценки остаточного и отработанного ресурса узлов транспортных средств заключается в установке на контролируемый узел тензодатчика, акселерометра, датчиков температуры и акустической эмиссии, подаче сигналов с указанных датчиков на вход нейронной сети, определяющей текущий уровень нагрузки на узел, расчете показателя информационной энтропии и определении остаточного ресурса узла на основании известного показателя информационной энтропии, а также полученных данных об уровне нагрузки на узел. Технический результат изобретения заключается в возможности оценки остаточного ресурса узлов транспортных средств с учетом нагрузок на узел, как текущих, так и в процессе эксплуатации, а также в увеличении надежности результатов диагностики. 3 ил.

Способ хрусталёва е.н. определения давления поверхностного и внутреннего трещинообразования // 2620127

Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия. Технический результат - установление границ поверхностного и внутреннего трещинообразования структурированной и нарушенной материальной среды под возрастающей нагрузкой в естественных условиях и под водой. Отличительной особенностью способа определения давления поверхностного и внутреннего трещинообразования массива структурированной материальной среды является определение таких параметров, как угол внутреннего трения, удельное сцепление, удельный вес для структурированной и нарушенной среды, и дальнейшее использование указанных параметров в аналитически установленных математических зависимостях, устанавливающих границы поверхностного и внутреннего трещинообразования структурированной и нарушенной материальной среды под возрастающей нагрузкой в естественных условиях и под водой. 10 ил.

Способ определения прочности грунтов испытанием кернов вращательным срезом // 2636512

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам проведения геомеханических испытаний. Способ включает бурение скважины, внедрение в испытываемый грунт лопастей крыльчатки, создание в испытываемом грунте радиальных сжимающих напряжений, постоянных в течение опыта, приложение к лопастям крыльчатки ступенчато-возрастающего крутящего момента, фиксацию максимального крутящего момента, вызывающего предельные сдвиговые касательные окружные напряжения, повторение опыта на аналогичном участке при другом уровне сжимающих радиальных напряжений и определение по парам значений сжимающих и сдвигающих напряжений параметров прочности грунта - угла внутреннего трения и удельного сцепления, причем испытание производится в извлеченном из скважины керне, при этом радиальные сжимающие напряжения создаются путем обжатия боковой поверхности керна, а лопастная крыльчатка внедряется по центру испытываемого керна. Достигается расширение диапазона измеряемых параметров, повышение точности определения и ускорение испытаний. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.