Способ определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для исследования механических характеристик материалов деталей и конструкций. Сущность: осуществляют вдавливание индентора в деформированный материал изделия под нагрузкой F1, проводят дополнительно второе вдавливание в деформированный материал изделия под нагрузкой F2, причем F2>F1, а затем дважды вдавливают индентор в недеформированный материал изделия под этими же нагрузками. Все вдавливания осуществляют сферическим индентором. Определяют параметры деформационного упрочнения для деформированного и недеформированного материала, с учетом которых рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации для недеформированного и деформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности деформаций в деформированном материале, а также рассчитывают значения истинного временного сопротивления для деформированного и недеформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности напряжений в деформированном материале. Технический результат: снижение трудоемкости и материалоемкости, а также расширение функциональных возможностей способа.

 

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для исследования механических характеристик материалов деталей и конструкций.

Известен способ определения деформации в пластически деформированном металле методом растяжения образца (Золотаревский B.C. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1983 г., 350 с., С. 11-13), согласно которому из материала детали вырезают образец, проводят его испытание на растяжение и по значениям длин и поперечных сечений образца до и после растяжения рассчитывают значения относительной деформации в пластически деформированном металле по формулам: и , где δК - относительное остаточное удлинение образца; ΨК - относительное остаточное сужение образца; и F0 - длина и поперечное сечение образца в исходном состоянии; и F - длина и поперечное сечение образца после наклепа растяжением.

Недостатками этого способа являются большие трудозатраты и материалозатраты при изготовлении и испытании образцов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения интенсивности деформаций и напряжений в пластически деформированном материале (Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. - М.: Машиностроение, 1971), заключающийся в том, что для испытуемого материала получают тарировочные графики в координатах «интенсивность деформаций - твердость» и «интенсивность напряжений - твердость» при ступенчатом нагружении образца из данного материала, например, растяжением или сжатием, затем непосредственно в деформированном материале изделия производят вдавливание индентора, определяют твердость деформированного материала, после чего с использованием тарировочных графиков определяют интенсивности деформаций и напряжений в деформированном материале.

Недостаток этого способа заключается в больших трудозатратах и материалозатратах при получении тарировочных графиков для каждого испытуемого материала.

Технической задачей изобретения является определение интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала вдавливанием индентора без необходимости проведения разрушающих испытаний стандартных образцов и построения тарировочных графиков с возможностью определения механических характеристик деформированного и недеформированного материала в процессе реализации способа.

Технический результат заключается в снижении трудоемкости и материалоемкости, а также расширении функциональных возможностей способа.

Это достигается тем, что в известном способе определения интенсивности деформаций и напряжений, включающем вдавливание индентора в деформированный материал изделия под нагрузкой F1, проводят дополнительно второе вдавливание в деформированный материал изделия под нагрузкой F2, причем F2>F1, а затем дважды вдавливают индентор в недеформированный материал изделия под этими же нагрузками, при этом все вдавливания осуществляют сферическим индентором, после чего определяют параметры деформационного упрочнения для деформированного и недеформированного материала, с учетом которых рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации для недеформированного и деформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности деформаций в деформированном материале, а также рассчитывают значения истинного временного сопротивления для деформированного и недеформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности напряжений в деформированном материале.

Реализация предлагаемого способа определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала осуществляется следующим образом. На поверхности изделия, в котором имеются локальные зоны пластически деформированного материала, с помощью сферического индентора диаметром D производят два вдавливания в деформированный материал под разными нагрузками F1 и F2, причем F2>F1, измеряя при этом диаметры полученных отпечатков и соответственно. Затем производят два вдавливания в недеформированный материал под этими же нагрузками, и также производят замер диаметров полученных отпечатков и .

По результатам двух вдавливаний в деформированный материал определяют параметр деформационного упрочнения для деформированного материала, а по результатам двух вдавливаний в недеформированный материал - параметр деформационного упрочнения для недеформированного материала:

; .

Экспериментально установлено, что значение истинной предельной равномерной деформации εр однозначно зависит от параметра n. По полученным значениям параметров упрочнения и рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации и для деформированного и недеформированного материала соответственно:

; .

Затем рассчитывается интенсивность деформации εi в деформированном материале как разность полученных значений истинной предельной равномерной деформации и :

.

Для определения интенсивности напряжений в деформированном материале сначала рассчитывают значения твердости по Мейеру на пределе прочности и для деформированного и недеформированного материала по выражениям:

;

.

По полученным значениям и рассчитывают значения истинного временного сопротивления и для деформированного и недеформированного материала соответственно, которые однозначно зависят от твердости по Мейеру на пределе прочности:

; .

Интенсивность напряжений σi в деформированном материале рассчитывается как разность полученных значений и :

.

При испытаниях стальных конструкций в целях повышения информативности способа нагрузку вдавливания F2 выбирают равной 30⋅D2, что дает возможность дополнительно определить значения твердости по Бринеллю деформированного и недеформированного металла с использованием ГОСТ 9012-59:

; .

Использование изобретения обеспечивает значительное повышение производительности измерений за счет отсутствия необходимости проведения трудоемких и материалоемких экспериментов по получению тарировочных графиков для каждого испытуемого материала. Также использование изобретения обеспечивает расширение функциональных возможностей способа, т.к. в процессе его реализации дополнительно определяются коэффициенты деформационного упрочнения, твердость по Мейеру, истинная предельная равномерная деформация и истинное временное сопротивление деформированного и недеформированного материала изделия, что позволяет получить более полную информацию о его фактических механических свойствах и эксплуатационных характеристиках. Кроме того, из-за отсутствия необходимости вырезки образцов для проведения испытаний, предлагаемый способ можно использовать в качестве неразрушающего безобразцового способа определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала деталей и конструкций, например в гибах трубопроводов, на контактных площадках, в упрочненных холодной пластической деформацией местах изделий (алмазное выглаживание, обдувка дробью и др.).

Способ определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала, заключающийся во вдавливании индентора в деформированный материал изделия под нагрузкой F1, отличающийся тем, что проводят дополнительно второе вдавливание в деформированный материал изделия под нагрузкой F2, причем F2>F1, а затем дважды вдавливают индентор в недеформированный материал изделия под этими же нагрузками, при этом все вдавливания осуществляют сферическим индентором, после чего определяют параметры деформационного упрочнения для деформированного и недеформированного материала, с учетом которых рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации для недеформированного и деформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности деформаций в деформированном материале, а также рассчитывают значения истинного временного сопротивления для деформированного и недеформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности напряжений в деформированном материале.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к тестеру твердости материалов, в частности к компактному прибору для определения твердости с цифровым дисплеем. Тестер содержит магнитный держатель, опору, устройство измерения усилия, индентор, электронную печатную плату, цифровой дисплей и устройство приложения усилия и измерения глубины отпечатка, состоящее из ручного маховичка, кодового датчика угла поворота и микрометрической винтовой пары.

Изобретение относится к области исследования физических свойств металлов и сплавов, а именно к анализу вязкости разрушения тонких пленок многокомпонентных аморфно-нанокристаллических металлических сплавов (АНКМС) после их перехода из одного состояния в другое, в результате термической обработки, то есть определению условий, при которых данные сплавы приобретают требуемые свойства.

Изобретение относится к области древесиноведения и деревообрабатывающей промышленности и касается оценки механических свойств натуральной и модифицированной древесины.

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.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к способу обнаружения в металле критических изменений его технического состояния, связанных с протеканием процесса старения.

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.

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

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

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

Твердомер // 2614336
Изобретение относится к области строительства и эксплуатации грунтовых аэродромов и зимних дорог, подготавливаемых методом уплотнения снега. Твердомер содержит корпус (1) со стойками (3) и основанием (2) с центральным отверстием. В корпусе установлен с возможностью фиксации шаровой элемент (8) со сквозным отверстием, в котором жестко закреплена направляющая труба (9), вдоль продольной оси которой установлен с возможностью перемещения стержень (13) с указателем со стрелкой (26), со съемным наконечником и сменным грузом (16), зафиксированным гайкой (17). В стенке направляющей трубы выполнен продольный паз (24) с поперечными уступами (25) для указателя со стрелкой, расположенного на стержне перпендикулярно его продольной оси, а на поверхности трубы установлена мерная линейка (29) для указания величины подъема стержня и глубины погружения наконечника в снежный покров. Новым является то, что корпус выполнен в виде хомута с внутренними буртиками (5) на нижнем торце, разделенными по меньшей мере тремя пазами (6). На буртики оперта разрезная обойма, охватываемая хомутом и образующая с шаровым элементом подвижное соединение, затягиваемое посредством болта (11) и гайки (12), стягивающих концы хомута. Нижняя часть направляющей трубы снабжена равномерно распределенными по поверхности четырьмя балансировочными грузами (31), один из которых расположен соосно с продольным пазом. Стержень (13) снабжен дополнительными радиальными резьбовыми отверстиями (27), расположенными в ряд по высоте, а продольный паз направляющей трубы выполнен с дополнительными поперечными уступами (25), обеспечивающими регулировку высоты подъема съемного наконечника, имеющего в зависимости от состояния снежного покрова коническую (14) или сферическую (15) форму. Кроме того, твердомер дополнительно содержит расположенный в зоне нижнего поперечного уступа механизм фиксации транспортного положения стержня, а стержень (13) выполнен с возможностью установки ударного механизма. Технический результат: повышение точности измерений, снижение трудоемкости работ при измерениях, упрощение фиксации шарового элемента в корпусе, обеспечение фиксации подвижных элементов при транспортировке и расширение функциональных возможностей за счет определения прочности на поверхности и по глубине снежного покрова с наконечниками разного профиля. 3 з.п. ф-лы. 8 ил.

Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия, конкретно к способу определения твердости и параметров прочности любой материальной среды через общефизические параметры: угол ϕ° внутреннего трения и удельное сцепление C (МПа).По предлагаемому способу определяют для твердой беспористой среды угол ϕ°=arccos[(D/2-So)/(D/2)] и удельное сцепление C=(σт/2)(1+sinϕ°)/cosϕ° (МПа), а для пористой дисперсной материальной среды угол ϕ° и удельное сцепление C (МПа) определяют по закону Ш. Кулона-Мора τi=pitgϕ°+C, а твердость любой материальной среды определяют как .Технический результат – повышение точности определения твердости. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике для определения модуля упругости материала тонких покрытий. Сущность: определяют толщину покрытия и твердость материала основы известными методами, производят нагружение (внедрение) алмазного пирамидального наконечника в плоскую поверхность изделия без покрытия и с покрытием, имеющим известную толщину, на глубину, превышающую толщину покрытия, записывают диаграммы изменения величины нагрузки с увеличением глубины внедрения, по которым строят зависимость изменения параметра, характеризующего отношение квадратов глубин внедрения в поверхность с покрытием и без покрытия от относительной глубины внедрения, определенных при одной и той же нагрузке, и сравнивают со значениями аналогичного параметра, рассчитанного по теоретическим зависимостям, функционально зависимым от величины контактного модуля упругости слоистого тела, включающего в себя модуль упругости материала покрытия, и определяют модуль нормальной упругости материала покрытия по результатам максимального совпадения значений параметра, полученного из эксперимента, с набором значений параметра, полученного теоретическими расчетами, в диапазоне значений относительных глубин внедрения индентора от 0,2 до 1,0. Технический результат: повышение точности и объективности определения модуля упругости материала покрытия на изделии. 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области испытаний и измерений механических свойств материалов неразрушающим методом, в частности при помощи индентационного устройства с использованием автоматизированной измерительной системы. Автоматизированная измерительная система включает в себя индентационное устройство (1), нагружающий механизм (2), столик (3) для образца, аналогово-цифровой преобразователь (4) и компьютер (5). Сущность индентационного устройства (1) заключается в том, что внутри корпуса (6) установлен держатель (15) датчика (19) перемещения, стационарно соединенный с корпусом (6), в котором с возможностью перемещения расположен стержень (20) перемещения, проходящий к датчику (19) перемещения, установленному в держателе (15) в оси индентора (13). Подвижный нажимной сегмент (10) в верхней части корпуса (6) снабжен опорами, проходящими вокруг держателя (15) и захватываемыми центральной нажимной панелью (23), расположенной в корпусе (6) с возможностью перемещения и несущей как минимум один первый динамометр (25) с деформируемыми выступами (26). Эти выступы (26) через зазор (27) соприкасаются с нижней нажимной панелью (28), расположенной в корпусе (6) с возможностью перемещения и соединенной с держателем (12) индентора (13), причем между нижней нажимной панелью (28) и торцом (7) находится первый упругий элемент (30), а центральная нажимная панель (23) и нижняя нажимная панель (28) снабжены отверстиями для прохождения стержня (20) перемещения в держатель (15). Индентационное устройство (1) изготовлено в двух обладающих преимуществами вариантах исполнения для использования с любым нагружающим механизмом (2) и для использования без нагружающего механизма нагрузки (2) вручную. Технический результат: возможность точно измерять перемещение индентора без деформационного влияния составных частей устройства, причем с достаточной точностью в широком диапазоне нагрузок. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к измерительной технике для измерения микромеханических характеристик внутренних поверхностей изделий относится к области машиностроения, в частности для контроля физико-механических свойств внутренних поверхностей сквозных и глухих отверстий с тонким покрытием. Сущность: осуществляют внедрение в поверхность пирамидального индентора из твердого материала с известными упругими характеристиками, запись диаграммы нагружение - глубина внедрения и обработку массива данных, описывающих диаграмму нагружение - внедрение. Производится внедрение упругого индентора в криволинейную внутреннюю поверхность топокомпозита в диапазоне глубин внедрения от единиц нанометров до десятка микрометров. Осуществляется регистрация данных измерения, а также их обработка с использованием теоретических аналитических зависимостей, описывающих механику нормального контактного взаимодействия упругого сферического индентора с покрытием из топокомпозита в области упругопластического деформировании последнего, по совокупности нескольких показателей, а именно твердости и модуля упругости покрытия, композиционной твердости и модуля упругости топокомпозита, которые определяются по формулам. Устройство содержит основание, на котором расположена подвижная стойка с вращающейся площадкой, на которой закреплена штанга с измерительным модулем и люнетом и с возможностью перемещения ее внутри отверстия исследуемого изделия по трем осям и вращения вокруг своей оси с помощью расположенных на стойке приводов, при этом на хвостовике штанги установлена цифровая камера. Технический результат: возможность комплексной оценки с высокой точностью параметров физико-механических свойств внутренних поверхностей сквозных и глухих отверстий с тонким покрытием в режиме одного технологического измерения. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерений, в частности к исследованию характеристики трещиностойкости деталей и конструкций, и направлено на повышение производительности, информативности способа и расширение его области применения. Сущность: осуществляют вдавливание в поверхность испытуемого материала алмазной четырехгранной пирамиды с последующей полной разгрузкой, в процессе испытания непрерывно регистрируют диаграмму вдавливания в координатах «нагрузка - глубина отпечатка», а затем по первому перелому на линии нагружения диаграммы вдавливания измеряют нагрузку Fc и соответствующую ей глубину отпечатка tc, по которым рассчитывают удельную работу упругопластической деформации ωс, необходимую для образования первой трещины, как: где - абсолютная работа упругопластической деформации при достижении Fc и tc, - упругопластический объем отпечатка глубиной tc. Технический результат: повышение производительности, информативности способа и расширение его области применения. 1 ил.

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для исследования механических характеристик материалов деталей и конструкций. Сущность: осуществляют вдавливание индентора в деформированный материал изделия под нагрузкой F1, проводят дополнительно второе вдавливание в деформированный материал изделия под нагрузкой F2, причем F2>F1, а затем дважды вдавливают индентор в недеформированный материал изделия под этими же нагрузками. Все вдавливания осуществляют сферическим индентором. Определяют параметры деформационного упрочнения для деформированного и недеформированного материала, с учетом которых рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации для недеформированного и деформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности деформаций в деформированном материале, а также рассчитывают значения истинного временного сопротивления для деформированного и недеформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности напряжений в деформированном материале. Технический результат: снижение трудоемкости и материалоемкости, а также расширение функциональных возможностей способа.

Наверх