Способ определения качества материалов

 

О Il И С А Н И E (и 920481

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 18.09.80 (21) 2985909/18-25 (5I )М. Кл. с присоединением заявки №

С 01 N 23/20

Вееудерствеииый «вмитет

СССР по делам ивебретеиий и открытий . (23) Приоритет (53) УДК 621 386 (088. 8) Опубликовано 15.04.82. Ьголлетень ¹14Дата опубликования описания 1 5. 04 . 82 (g4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КА4ЕСТВА ИАТЕРИАЛОВ!

Изобретение относится к технике измерения механических свойств материала тонкостенных элементов оболочечного типа и может быть использовано в различных областях машиностроения, авиастроении, ракето- и

5 судостроении, где широко применяются указанные элементы конструкций.

Известен способ оценки деформативной способности и допустимого прего дела пластичности металлов прй штамповке и. обработке давлением, основанный на измерении их структурных и физических характеристик, включающих данные об изменении интегральной интенсивности рентгеновских интерференций AD! 1.

Указанный способ определения ресурса пластичности металлов не является достаточно точным, так как не позволяет разделить эффекты влияния на их деформативную способность спо- 1 ! соба нагружения и плотности структур ных дефектов, а поэтому может быть применен только в жесткой привг зке к определенному виду напряженнсгго состояния. 8 то же время известно, что различным способам обработки металла давлением соответствуют различные виды напряженного состояния, а степень приближения материала при пластической деформации к предразрушающему состоянию, характеризующая его ресурс пластичности,.существенно зависит от вида напряженного состояний.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является способ определения качества материалов при пластической деформации, включающий снятие рентгенограмм эталонных образцов для различного вида напряженного состояния и различной величины пластической деформации и рентгенограммы исследуемого образца, измерение ширины,дифракционных линий исследуемого образца и сравне3 92048 1 4 ние ее значений с предварительно составленной по эталонным пробам шка. лой значений ширин дифракционных линий металла в зависимости от вида штампуемости (2).

Недостатком указанного способа определения штампуемости является невозможность по данным измерения ширины дифракционных линий основной фазы металла однозначно определить деформативную способность материала при различных видах штамповки по следующим причинам: в указанном спо собе не учитывается, что различные виды штамповки тонколистовой стали соответствуют различным видам напряженного состояния, оцениваемым по величине отношения компонентов главных напряжений и =9/Ь . При этом темп изменения ширины рентгеновских линий основной фазы металла в,,зави- " симости от интенсивности пластических деформаций = — 5-.)"(-.) l - ) где E „ E и E - соответственно продольная, поперечная и радиальная составляющие деформации определяется характеристикой его. напряженного сос тояния и = „ /,, существенно возрастая при переходе от одноосного к двухосному растяжению. интенсивность накопления структур. ных дефектов в материале при пластической деформации зависит от величины соотношения главных напряжений при двухосном растяжении и обуславливает соответствующее снижение максимальной равномерной пластичности материала (K. „,, а следовательр

;4 ах" но, и его ресурса пластичности при п=0,5и1.

Кроме того не учитывается предельный структурный критерий материала (например, предельное значение ширины ренгеновских интерференций), характеризующий его предразрушающее состояние, что не позволяет количественно оценить для определенного способа штамповки допустимую пластическую деформацию при изготовлении детали из листового металла.

Целью изобретения является повышение точности определения ресурса пластичности при двухосном растяжении на основе учета вида и уровня напряженного состояния, соответствующих процессу изготовления эле5

10!

5 мента конструкции и их влияния на ресурс пластичности материала.

Поставленная цель достигается тем. что согласно способу,определенйя качества материалов при пластической деформации, включающему снятие рентгенограмм, эталонных образцов для различного вида напряженного состояния и различной величины пластической,деформации и рентгенограммы исследуемого образца, измерение ширины дифракционных линий основной фазы материала, вид напряженного состояния определяют по измерениям количества кристалллитов, формирующих ограниченную и аксиальную текстуру, угла рассеяния последней, построению, полюсных фигур для исследуемого образца и сопоставлению этих данных с градуировочными кривыми, построенными для эталонных образцов при различных значениях соотношения компо- нентов главных напряжений, определяют ширину дифракционной линии образца, подвергнутого максимальной равномерной пластической деформации, и по, отклонению от этого значения ширины дифракционной линии образца для определенного вида напряженного зо состояния судят о ресурсе пластичности.

Отличительной особенностью предлагаемого способа .определения ресурса пластичности материала тонкостен. ных элементов конструкций является оценка вида и уровня напряженного состояния при пластическом деформи.ровании и их влияния на, степень приближения структурного состояния материала к предразрушающему .

Предлагаемый способ базируется на установленных зависимостях основных характеристик кристаллографической текстуры от вида напряженного состояния и инвариантйости к виду напряженного состояния предельного значения ширины дифракционных линий, соответствующего (Е „ ) „с,„.

Показано, что каждому виду напряженного состояния соответствуют onso ределенные типы кристаллографических плоскостей и направлений - идеальные ориентировки ограниченной текстуры, располагаются параллельно

Фиксированным плоскостям и направле55

Ф ниям внешнеи поверхности исследуемого элемента .

Так, для тонкостенного трубчатого элемента из аустенитной стали при

1 6

Как видно из приведенных данных, для фиксированных значений 8 Я„) вид напряженного состояния оказывает существенное влияние на темп достижения 15, а следовательно, и на ресурс пластичности материала, оцениваемый как разность значений

®" и Я„ соответствующих ф„ п рк и ф Я„.).

На фиг.1 показано изменение физического уширения дифракционной линии (311) у -фазы стали Х18Н10Т при пластической деформации в условиях и = 0; 0, ; 1 и сс (кривые 1-4 соответственно); на фиг. 2 - зависимость максимальной равномерной пластичности стали X18HlOT и предельного значения физического уширения дифракционной линии (311) " -фазы от величины соотношения главных напряжений; на фиг. 3 — изменение количества кристаллитов, формирующих аксиальную текстуру сжатия 9,(pygmy и угла ее рассеяния при пластическом деформировании стали Х18Н10Т в услс виях и = ое и n = 1; на фиг. 4 влияние вида напряженного состояния на количество кристаллитов,формирующих ограниченную g и аксиальную текстуру сжатия 8 frt Og стали

Х18Н10Т при „ = 154;на Фиг. 5влияние режима магнитно-импульсной обработки на Физическое уширение дифракционных линий " -фазы и степень его отклонения от предельного значения для найденного значения и.

Пример. Проводится рентгеновский текстурный и структурный анализ материала тонкостенных оболочек, изготовленных из трубчатых заготовок стали Х18Н10Т при трех режимах магнитно-импульсной обработки, характеризующихся различной энергией U и числом импульсов N. Для первого режима обработки О = 1,63,3 кдж, N = 5; для второго режима

U = 4 кдж, N =- 3; для третьего режима 0 = 1,6 кдж, N = 6.

Для определения ресурса пластичности материала тонкостенных оболочек и выявления режима магнитно-импульсной обработки, обеспечивающего его максимальное значение, определяют ширину рентгеновских интерФеренций 1 -фазы материала указанных оболочек изготовленных по различным режимам, количество кристаллитов, формирующих ограниченную и

5 92048 действии продольного осевого напря-жения (п=со так как ",, Ф 0.ag =0) самыми идеальными ориентировками ограниченной текстуры являются

135) < 211 7 I110) < 001 и

112 с 111 ) в случае одновременноГо действия двух компонентов напряжений - продольного 6, и поперечного 6g при и = 0,5 наиболее интенсивными становятся ориентировки to

j110) < 111 ) и $110) < 112 о а при n = 1 - P 10) < 001 ) и (110) < 112 7, Дополнительным текстурным показателем вида напряженного состояния является количество t5 кристаллов, формирующих ограниченную и аксиальную текстуру. Для сталей аустенитного и мартенситного классов показано, что при одноосном растяжении развивается преимущественно рв ограниченная текстура, а при двухосном - аксиальная текстура сжатия (с осью (1103 для сталей аустенитного класса и 1113 для сталей-мартенситного класса, параллельной нормали к поверхности исследуемого тонкостенного элемента). Усиление аксиальной текстуры при двухосном растяжении проявляется в увеличении объемной доли кристаллитов () : формирующих указанный компонент текстуры, и в уменьшении угла его . рассеяния cl с ростом величины ин" тенсивности деформации Е„..

Из изложенного следует, что рентгеновский анализ кристаллографической текстуры позволяет определить вид напряженного состояния, а также качественно оценить величину пластической деформации, соответствующие процессу формообразования. Более точное определение ; прово" дится по результатам измерения ширины дифракционных линий основной

Фазы исследуемой стали („.), отне- . 45 сенной к найденному виду напряженного состояния. Принимая-ео внимание, что предельное значение ширины дифракционных линий Д пр, соответствующее максимальной равномерной пластической деформации, является инвариантным к виду напряженного состояния и используя эталонные кривые ф - „. для соответствующих значений и = d"„(ñ по разности значении Д „р и ф Я;), отнесеннои н

\ v

55 определенному способу нагружения, можно определить ресурс пластичности материала.

0481 8 го

3S

50

7 92 аксимальную текстуру, углы рассеяния последней, а также строили полюсные фигуры; из которых определяли наиболее интенсивные идеальные ориентировки ограниченной текстуры.

Полученные результаты сопоставляют с соответствующими эталонными данными для различных соотношений главных напряжений (см.фиг. 1 и 3).

На основе сопоставления данных текстурного анализа установлено,что при всех рассматриваемых режимах магнитно-импульсной обработки в материа. ле тонкостенных оболочек создается плоское напряженное состояние, соответствующее отношению главных напряжений и = 1. На основе сопоставления характера изменения ширины дифракционных линий -фазы стали

Х18Н107 при пластической деформации в условиях ц = 1 и предельного зна- . чения ширины рентгеновских интерференций, соответствующего E.=(f...) тан (см. фиг.1, кривая 3, фиг;2), с шири ной соответствующих дифракционных линий p - фазы материала тонкостенных оболочек, изготовленных по различным режимам магнитно-импульсной обработки (фиг.5), получено, что плотность структурных дефектов в материале тонкостенных оболочек (оцениваемая по ширине его дифракционных линий), при первых двух режимах магнитнб-импульсной обработки практически достигает предельного значения, и ресурс пластичности материала стремится к нулю. При третьем режиме магнитно-импульсной обработки. ширина дифракционных линий у -фазы существенно ниже ее предельного значения, и ресурс пластичности материала возрастает, составляя по критерию(ф )

1 trldN

-E, ° J = 1 = 5Ф. Без учета вида напряженного состояния .ресурс пластичности материала по данным ширины его дифракционных линий определить невозможно, так как для фиксированного значения r"(Е„) неизвестными являются и ®„.) „, „и соответствующие fb ..

Испол ь зова ние предла гаемого способа определения качества материалов при пластической деформации обеспечивает, по сравнению с существующими способами, определение вида и уровня напряженного состояния, соответствующего процессу формообразования тонкостенных элементов конструкций, и учет влияния найденных параметров указанного процесса на деформативную способность материала, что позволяет более точно определить допустимую пластическую деформацию, предшествую щую разрушению элемента конструкции, а следовательно, повысить надежность его работы за счет рационального выбора способа нагружения в процессе формообразования.

Формула изобретения

Способ определения качества материалов при пластической деформации, включающий снятие рентгенограмм эталонных образцов для различных видов напряженного состояния и различных величин пластической деформации и рентгенограммы исследуемого образца, измерение ширины дифракционных линий основной фазы материала, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения ресурса пластичности при двухосном рас. тяжении, вид напряженного состояния определяют по количеству кристаллитов, формирующих ограниченную и аксиальную текстуру, углу рассеяния последней и построению полюсных фигур для исследуемого образца, причем полученные данные сопоставляют с градуировочными кривыми, построенными для эталонных образцов при различных соотношениях компонентов главных напряжений, определяют ширину дифракционной линии образца, подвергнутого максимальной равномерной пластической деформации, и по отклонению от этого значения ширины дифракционной линии образца для определенного вида напряженного состояния судят о ресурсе пластичности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

Н 344327, кл. G 01 "4 3/28, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Г" 421920, кл. С О1 N 23/20, 1972 (прототип).

920481

q ц о ,гг

Лайф

bg ф

Фиг.4

ВНИИПИ Заказ 2325/44 Тираж 883 Подписное

Филиал ППП "Патент",,г. Ужгород, ул. Проектная, 4