Образец для испытания на прочность при нагреве прямым пропусканием тока



Образец для испытания на прочность при нагреве прямым пропусканием тока
Образец для испытания на прочность при нагреве прямым пропусканием тока

 


Владельцы патента RU 2574233:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к высокотемпературным испытаниям на прочность, и может быть использовано при исследовании свойств наплавленного металла, обладающего высокой твердостью, на установках тепловой микроскопии. Образец выполнен в виде стержневой рабочей части и конических захватных частей из разнородных материалов, удельные сопротивления которых выбраны из соотношения ρ з/ ρ р≥1.2, где ρ з и ρ р - удельные электросопротивления захватных и рабочей частей соответственно. Длина рабочей и захватных частей выбирается из соотношения Lз/Lp=(0,5-:-1,5), а материал захватных частей - из металла с большей жаропрочностью, чем материал рабочей части образца. Технический результат: повышение точности высокотемпературных испытаний на прочность и вязкость путем создания равномерности распределения температуры по длине испытуемого образца, возможность определения характеристик жаропрочности при испытаниях наплавленного металла, возможность регулирования скорости нагрева и охлаждения образцов за счет изменения длины и захватных частей материала, снижение стоимости изготовления образцов из наплавленного металла, обладающего высокой твердостью, за счет упрощения формы испытуемого образца. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к высокотемпературным испытаниям на прочность, и может быть использовано при исследовании свойств наплавленного металла, обладающего высокой твердостью на установках тепловой микроскопии.

Для изучения процессов деформации, разрушения и структурных изменений в металлах на установках тепловой микроскопии используются известные плоские образцы [1].

Практический опыт применения плоских образцов на установках тепловой микроскопии для исследования структуры и свойств наплавленного металла, обладающего высокой твердостью порядка 55-57 HRC в состоянии после наплавки, выявил ряд недостатков. Так, образцы, имеющие плоскую форму сечением 9 мм2 при длине рабочей части 46 мм, необходимо вырезать из наплавленного слоя абразивной или электроэрозионной резкой вдоль образующей цилиндра из наплавленного металла. Затем механической обработкой образцам придается необходимая форма. Процесс изготовления плоских образцов рекомендуемой формы длителен и трудоемок и не гарантирует попадание исследуемой зоны наплавленного металла в рабочую часть образца. На установках температурной микроскопии в дальнейшем имитируется термодеформационный цикл наплавки. Образцы при этом нагреваются в вакууме до 1200°С прямым пропусканием тока. При таком способе нагрева не обеспечивается требуемая равномерность нагрева рабочей части образца из-за значительного теплоотвода тепла в захватные части образца, что отрицательно сказывается на точности измерения усилий и напряжений.

Известен, выбранный в качестве прототипа [2] образец для испытаний на прочность при нагреве прямым пропусканием тока, выполненный в виде стержневой рабочей части и захватных частей, с целью повышения точности путем создания равномерности распределение температуры, рабочая и захватные части выполнены из разнородных материалов, удельные сопротивления которых выбирают из соотношения Рзр≥1,2 где pз и pp - удельные электросопротивления захватных и рабочей частей соответственно, а захватные части выполнены коническими.

Использование данных образцов для исследования свойств наплавленного металла на установках тепловой микроскопии выявил их недостатки:

- неравномерность распределения температуры по длине испытуемого образца;

- недостаточная точность высокотемпературных испытаний на прочность и вязкость;

- невозможность определения характеристик жаропрочности при выборе материала захватных частей только с учетом их удельного сопротивления;

- невозможность регулирования скорости нагрева и охлаждения образцов за счет изменения длины и материала захватных частей;

- высокая стоимость изготовления образцов из наплавленного металла, обладающего высокой твердостью.

Техническими результатами изобретения являются:

- повышение точности высокотемпературных испытаний на прочность и вязкость путем создания равномерности распределения температуры по длине испытуемого образца;

- возможность определения характеристик жаропрочности при испытаниях наплавленного металла;

- возможность регулирования скорости нагрева и охлаждения образцов за счет изменения длины и материала захватных частей;

- снижение стоимости изготовления образцов из наплавленного металла, обладающего высокой твердостью за счет упрощения формы испытуемого образца.

Для этого в образце для испытаний на прочность при нагреве прямым пропусканием тока, выполненном в виде стержневой рабочей части и конических захватных частей из разнородных материалов, удельные сопротивления которых выбраны из соотношения рзр≥1.2 где рз и рp - удельные электросопротивления захватных и рабочей частей соответственно, согласно изобретению, длина рабочей и захватных частей выбирается из соотношения Lз/Lp=(0,5-:-1,5), а материал захватных частей - из металла с большей жаропрочностью, чем материал рабочей части образца (из соотношения жаропрочность металла захватных частей к жаропрочности рабочего металла больше 1).

Заявляемые пределы длины захватных частей и рабочей части образца, а также материал захватных частей подобраны эмпирическим путем, исходя из условий обеспечения равномерности нагрева по длине образца, обеспечения требуемой скорости нагрева и охлаждения исследуемого металла, а также с учетом их жаропрочности.

На чертеже представлен биметаллический сварной образец.

Образец выполнен в виде стержневой рабочей части 1 и конических захватных частей 2 из разнородных материалов.

Длина рабочей и захватных частей предлагаемого образца выбирается из соотношения Lз/Lp=(0,5-:-1,5), что обеспечивает требуемую равномерность нагрева по длине образца, скорость нагрева и охлаждения исследуемого металла. При этом короткие захватные части (Lз/Lp<0,5) не обеспечивают требуемую равномерность нагрева по длине образца и снижают скорость нагрева и охлаждения. Более длинные захватные части (Lз/Lp>1,5) приводят к перегреву исследуемого образца и высокой скорости нагрева и охлаждения, так как при протекании тока одинаковой плотности по образцу, имеющему разную длину рабочей и захватных частей происходит увеличение тепловыделения на захватных частях, имеющих большую длину и наоборот. Размеры рабочего участка и материал захватных частей выбирают, исходя из условия отсутствия перепада температуры по длине стержня.

При выборе материала захватных частей только с учетом удельного сопротивления, например, при изготовлении их из титановых сплавов с удельным сопротивлением 140-150 мк Ом. см, но обладающих меньшей жаропрочностью, чем исследуемые быстрорежущие стали высокой твердости, разрушение происходит по захватным частям, что не позволяет исследовать прочностные характеристики испытуемого металла.

По описанной выше методике проводили исследования теплостойкого металла высокой твердости. Заготовки для образцов для исследований получили плазменной наплавкой порошковой проволокой ПП-9Х4В18Ю, обеспечивающей состав наплавленного металла типа стали Ρ18. Твердость наплавленного металла после наплавки 55-57 HRC, после отпуска 62-65 HRC. Из наплавленного металла изготавливали образцы для высокотемпературных исследований, рекомендуемые для установок типа ИМАШ согласно прототипа, и образцы, изготовленные по предлагаемой схеме. Рабочие стержни изготавливали из исследуемого материала сечением 3×3 мм, с различной длиной 10, 15 и 20 мм, при общей длине образца 74 мм. Захваты длиной 10 и 15 мм изготавливали из сплава повышенной жаропрочности ХН60 ВТ, имеющего удельное электросопротивление при 20°С 120 мк Ом см. и титанового сплава ВТ6 с удельным электросопротивлением при 20°С 160 мк Ом см. (прототип). Стержни и захваты соединяли контактной сваркой сопротивлением. К образцам для контроля температуры и ее распределением приваривали термопары. По длине образцов контролировали температуру, При этом оценивали перепад температуры по длине образцов на участке 15 мм, что соответствовало длине стержня из исследуемого образца. Затем образцы нагревали до температуры 873 и 1273 К (600 и 1000°С) и определили предел текучести при повышенной температуре σт (Т°), МПа. В процессе испытаний контролировали также удлинение рабочей части по величине перемещения захватов. Образцы доводили до разрушения.

Результаты сравнительных испытаний показали, что в исследуемой зоне сварного образца обеспечивается равномерный нагрев по всей длине рабочей части в пределах 1°С, что повышает точность измерения предела текучести при повышенной температуре σт (Т°), МПа. При использовании захватных частей из титанового сплава, имеющего σт (Т°), МПа=170(600) определение соответствующих характеристик исследуемого быстрорежущего наплавленного металла с σт °), МПа=340(1000) оказалось невозможным из-за преждевременного разрушения захватных частей. Использование захватных частей из сплава повышенной жаропрочности ХН60ВТ, имеющего предел текучести при повышенной температуре σт (Т°), МПа=250 (900) позволяет исследовать характеристики наплавленного металла до более высоких температур (900°С), чем при применении захватных частей из титанового сплава (600°С).

Исследовались 6 вариантов конструкции образцов 1 - прототип с захватами из титанового сплава ВТ6; 2 - образец с захватами из жаропрочного сплава ХН60ВТ и нижним пределом заявляемого соотношения длин захватных и рабочей части образца; 3 - образец с захватами из жаропрочного сплава ХН60ВТ и средним соотношением длин захватных и рабочей части образца; 4 - образец с захватами из жаропрочного сплава ХН60ВТ и верхним пределом заявляемого соотношения длин захватных и рабочей части образца; 5 - нижнее заграничное соотношение; 6 - верхнее заграничное соотношение.

Влияние изменения химического состава образца и соотношения его длин на исследуемые свойства наплавленного металла приведено в таблице.

Использование заявляемой конструкции образца по сравнению с базовой конструкцией (прототип) позволяет:

1. Повысить точность высокотемпературных испытаний на прочность и вязкость путем создания равномерности распределения температуры по длине испытуемого образца;

2. Позволяет определить характеристики жаропрочности при испытаниях наплавленного металла;

3. Позволяет регулировать скорости нагрева и охлаждения образцов за счет изменения длины и материала захватных частей;

4. Снижает стоимость изготовления образцов из наплавленного металла, обладающего высокой твердостью за счет упрощения формы испытуемого образца.

Список источников информации

1. Герасимова Л.П. Контроль качества сварных и паяных соединений: справочное издание / Л.П. Герасимова. - М.: Интермет Инжиниринг, 2007. - с.311.

2. А.С. №1670491. кл. G01N 3/18 Образец для испытаний на прочность при нагреве прямым пропусканием тока / Н.Н. Малушин, А.М. Росс, Н.С. Зубков. - опубл. 15.08.91. Бюл. №30.

Образец для испытаний на прочность при нагреве прямым пропусканием тока, выполненный в виде стержневой рабочей части и конических захватных частей из разнородных материалов, удельные сопротивления которых выбраны из соотношения ρ з/ ρ р≥1.2, где ρ з и ρ р - удельные электросопротивления захватных и рабочей частей соответственно, отличающийся тем, что длина рабочей и захватных частей выбирается из соотношения Lз/Lp=(0,5-:-1,5), а материал захватных частей - из металла с большей жаропрочностью, чем материал рабочей части образца (из соотношения жаропрочность металла захватных частей к жаропрочности рабочего металла больше 1).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательному оборудованию, а конкретно к оборудованию для испытаний на статические силовые воздействия при повышенных температурах. Установка содержит силовую раму, тепловую камеру с нагревателем и крышкой, приспособление для установки в камере объекта испытаний (ОИ), механизм растягивающего нагружения, протоки охлаждения, регистрирующую аппаратуру, связанную с ПЭВМ.

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токопроводящих материалов с целью получения диаграммы деформирования при одноосном растяжении и импульсном нагреве в вакууме или инертной среде.

Изобретение относится к способам определения термомеханических характеристик полимерных композиционных материалов, конкретно к способам определения температуры стеклования Tc, температуры α-перехода Tα температуры начала перехода из стеклообразного состояния в высокоэластичное Tнп и теплостойкости.

Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи и может быть использовано для испытания стойкости оптического кабеля (ОК), предназначенного для прокладки в защитном полимерном трубопроводе (ЗПТ), к действию замерзающей воды в ЗПТ.

Изобретение относится к лабораторной испытательной технике, а именно к устройству для формирования и испытания образца тонких покрытий в нагрузочных устройствах, например, для испытания тонких керамических теплозащитных покрытий на механическую прочность растяжением.

Изобретение относится к методам определения механических характеристик диэлектрических материалов с учетом условий их применения. Сущность способа заключается в определении предела прочности при растяжении стандартных образцов при высокоинтенсивном индукционном нагреве промежуточного металлического нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с испытываемым образцом.

Изобретение относится к испытаниям механических свойств металлов и сплавов и может быть использовано для оценки критической температуры хрупкости металла элементов нефтегазового оборудования при эксплуатации в сероводородсодержащих средах, вызывающих охрупчивание металла.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов материалов на прочность. Сущность: установка содержит основание (1), на котором установлены захваты (2, 3) для образца (4), нагружатель (5), связанный с захватами (2, 3), приспособление для нагрева в виде теплопроводного кольца (6) для закрепления на поверхности образца (4), фрикционный элемент (7), предназначенный для взаимодействия с наружной поверхностью кольца (6), приспособление для поджатия фрикционного элемента (7) к кольцу (6) с упругим элементом (8) и регулятором (9) деформации упругого элемента (8), приспособление для перемещения фрикционного элемента (7) относительно кольца (6) с платформой (10) и приводом (11) вращения с валом (12).

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов с памятью формы, а именно сплавов на основе никелида титана, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для определения и контроля радиальных напряжений термомеханического возврата, необходимых для обеспечения работоспособности соединений при сборке конструкций с помощью муфт из материала с эффектом памяти формы. Сущность изобретения: испытанию подвергают полый цилиндрический образец круглого сечения с аустенитной структурой. Предварительно измеряют размеры диаметра его внутренней полости и высоты, затем охлаждают цилиндрический образец до температуры образования мартенситной структуры и в этом состоянии его подвергают деформированию путем раздачи его внутренней полости на стержне с диаметром на 2-8% больше диаметра внутренней полости, измеренной в первоначальном аустенитном состоянии. Затем образец со стержнем нагревают до температуры образования аустенитной структуры и после этого прикладывают усилия для разъединения стержня и образца и в момент начала страгивания стержня из внутренней полости образца фиксируют величину приложенного усилия. Напряжение термомеханического возврата определяют из соотношения. Технический результат: создание способа определения величины термомеханических напряжений возврата, возникающих в радиальном направлении в термомеханических соединениях, осуществляемых с помощью муфт, изготовленных из материала с эффектом памяти формы.

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токсичных материалов на растяжение в условиях малоциклового нагружения в вакууме при повышенных температурах. Установка содержит вакуумируемую рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, представляющий собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой с гидравлическим домкратом, снабженным управляемым клапаном, нагреватель образца, протоки охлаждения, выполненные, по крайней мере, в одном из захватов, регистрирующую аппаратуру, установленную непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, сигналы с которой поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее на ПЭВМ. Груз подвешен к рычагу через металлическую проволоку, на участке которой имеются зажимы, соединенные с клеммами аккумулятора, один из которых соединен через тиристор, управляемый через блок сравнения регистрирующей аппаратурой, установленной на образце. Технический результат: возможность получения диаграмм деформирования в условиях малоциклового нагружения со скоростями деформирования в диапазоне 10-2-10-4 с-1 с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов за счет имеющейся двойной герметизации образцов из токсичных материалов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям объектов, а именно к устройствам для испытаний объектов на вибронагружение в различных средах при высоких температурах и давлениях. Установка содержит индукционный нагреватель, включающий водоохлаждаемую катушку в виде спирали, выполненной с возможностью соосного размещения объекта испытаний (ОИ) внутри нагревателя, опоры для ОИ, нагружающее устройство, устройство охлаждения, соединенное с протоками охлаждения тоководов нагревателя, контрольно-измерительную аппаратуру, соединенные последовательно пульт управления, соединенный с контрольно-измерительной аппаратурой, преобразователь частоты, батарею конденсаторов, последовательно-параллельно подключенную по крайней мере к одной паре соосно установленных водоохлаждаемых катушек индукционного нагревателя в виде спиралей. Нагружающее устройство выполнено в виде вибровозбудителя, а опоры для ОИ установлены на скользящем столе вибровозбудителя. Устройство охлаждения, пульт управления, преобразователь частоты, батарея конденсаторов могут быть расположены на дистанции от вибровозбудителя с размещенным на его скользящем столе ОИ внутри катушек индукционного нагревателя, а устройство охлаждения снабжено независимым пультом управления подачей охлаждающей воды. Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в обеспечении испытаний крупногабаритных цилиндрических объектов на комплексные термомеханические нагрузки, сокращение времени выхода на заданный температурный режим, снижение теплопотерь, массы и габаритов, повышение температуры испытаний до 1400°C и выше, в повышении КПД установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх