Способ определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала
Владельцы патента RU 2610936:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)
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.
