Способ исследования релаксации напряжений в образцах материалов

 

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЛАКСА .ЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБРАЗЦАХ МАТЕРИА-. ЛОВ, заключающийся в том, что в образцах создают остаточные напряжения , измеряют их величину, проводят испытания на релаксацию напряжений, определяют величину остаточных напряжений после испытания, а о релаксационных характеристиках материалов судят по разности величин остаточных напряжений до проведения испытаний на релаксацию и после них, отличающийся тем, что, с целью упрощения определения релаксационных характеристик хрупких тугоплавких материалов, остаточные напряжения в образцах создают нагревом путем пропускания электрического тока, одновременным охлаждением боковых поверхностей образцов до температуры 0,5-0,8 температуры плавления материала, последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 100-200 с и охлаждением со скоростью 300-ЬОО град/с, а величину остаточных напряжений до и после испытания определяют путем измерения предела прочности при изгибе образцов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.Яу„„дщд б A

3(5В а 01 И 3 0О

--i-- ЯЖФ+

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3475352/25-28 (22) 28.07.82 (46) 23.12.83. Бюл, М 47 (72) К,П,Власов, В.С.Колесов, В.П.Меденцев, A,Ñ.Ïoïîâ и Ф.Ф.Ребров (53) 25 (088, 8) (56) 1, Заводская лаборатория, 1959, Р 1, с.70.

2. Конобеевский С.Т, Действие облучения на материалы.. Введение в радиационное материаловедение, M Атомиздат, 1967, с.181 (прототип), (54) (57) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ PEJIAKCAЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБРАЗЦАХ МАТЕРНА-.

ЛОВ, заключающийся в том, что в образцах создают остаточные напряжения, измеряют их величину, проводят испытания на релаксацию напряжений, определяют величину остаточных нап-. ряжений после испытания, à о релак- сационных характеристиках материалов судят по разности величин остаточных напряжений до проведения испытаний на релаксацию и после них, отличающийся тем, что> с целью упрощения определения релаксационных характеристик хрупких тугоплавких материалов, остаточные напряжения в образцах создают нагревом путем пропускания электрического тока, одновременным охлаждением боковых поверхностей образцов до температуры 0,5-0,8 температуры плавления материала, последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 100-200 с и охлажде- ц>

Я нием со скоростью 300-500 град/с, а величину остаточных напряжений до и после испытания определяют путем измерения предела прочности при иэ- ( гибе образцов, 1062555

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам исследования релаксации напряжений в образцах материалов, Известен способ исследования ре5

10 l5

20 лаксации в образцах материалов, заключающийся в том, что в образцах создают остаточные напряжения, проводят испытания на релаксацию напря жений и определяют величину остаточных напряжений до проведения испытаний и после путем обратной рентгеновской съемки образцов на плоскую пленку под двумя различными углами. наклона образцов относительно падающих лучей с последующим вычислением напряжений по величинам смещений дифракционных линий образцов (1) .

Недостатком этого способа является большая трудоемкость определения величины остаточных напряжений °

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае мому результату является способ исследования релаксации напряжений в образцах материалов, заключающийся

55 в том, что в образцах создают остаточные напряжения, измеряют их величину, проводят испытания на релаксацию напряжений, определяют величину остаточных напряжений после испытания, а о релаксационных характеристиках материалов судят по разности величин остаточных напряжений до проведения испытаний на релаксацию и после них. Остаточные напряжения создают путем изгиба плосских образцов, а величину остаточных напряжений определяют по изменетем, что создание остаточных напряжений в образцах при их изгибе ввиду хрупкости материала затруднено.

Цель изобретения — упрощение определения релаксационных характеристик хрупких тугоплавких материалов.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу исследования релаксации напряжений в образцах материалов, заключающемуся в том, что в образцах создают остаточные напряжения, измеряют их величину, проводят испытания на релаксацию напряжений, определяют величину остаточных напряжений после испытания, а о релаксационных характеристиках материалов судят по разности величин остаточных напряжений до проведения испытаний на релаксацию и после них, остаточные напряжения в образцах создают путем пропускания.электрического тока,,одновременным охлаждением боковых .поверхностей образцов

65 нию геометрических характеристик образцов (2j .

Недостатком известного. способа является сложность определения релаксационных характеристик хрупких тугоплавких материалов, обусловленная до температуры О, 5-0, 8 температуры плавления материала, последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 100-200 с и охлаждением со скоростью 300-500 град/с, а величину остаточных напряжений до и после испытания определяют путем измерения предела прочности при изгибе образцов, На фиг. 1 изображена схема распределения напряжений по сечению образца при нагревег на фиг, 2 — то. же, при охлаждении; на фиг. -3 — то же, при испытаниях на изгиб.

Способ осуществляется следующим образом.

В стержневых образцах, выполненных иэ хрупкого тугоплавкого материала, например карбида циркония, создают остаточные напряжения, которые на периферийной части являются напряжениями сжатия. Для этого образцы помещают между электродами в камере, заполненной инертным газом, и нагревают прямым пропусканием тока. Одновременно охлаждают боковые поверхности образцов потоком теплоносителя, например инертного газа.

Температуру образцов после нагрева и охлаждения поддерживают .в пределах 0,5-0,8 температуры плавления материала образцов. При этом в образцах возникают термонапряжения сжатия на внутренней части и растяжения на периферийной, В этом режиме образцы выдерживают в течение 100-200с для того, чтобы прошел процесс высокотемпературной релаксации внутренних напряжений.

Выбор температуры нагрева образцов в пределах 0,5-0,8 температуры плавления ТП образцов обусловлен тем, что при нагреве ниже 0,5 Тп процесс высокотемпературной релаксации протекает со слабой интенсивностью, а .при нагреве выше 0,8 Тп„ происходит спекание хрупких материалов типа карбидов и нитридов металлов, что может привести к изменению структуры материала образцов. После выдержки образцы охлаждают со скоростью 300-500 град/с, При этом охлаждение в указанном интервале скоростей обеспечивает предотвращение релаксации возникающих остаточных напряжений и позволяет избежать растрескивания образцов. В образцах возникают остаточные напряжения, по знаку противоположные начальным, т,е, внутренняя часть образцов растянута, а периферийная — сжата. Для определения величины остаточных напряжений часть ° образцов подвергают испытаниям на изгиб, при которых возникает энакопеременное распреде цение внутренних напряжений по сечению образца, максимальных на поверхности вбразца и уменьшающихся по ли1062555 нейному закону к нейтральной линии, При этом в образцах, в которых соз даны остаточные напряжения, напряжения сжатия на периферийной части образца компенсируют на поверхности равную им по абсолютной величине 5 часть напряжений растяжения, возникающих при приложении внешней нагрузки, что приводит к повышению предела прочности на изгиб на абсолютную величину напряжений сжатия. На 10 противоположной стороне образца напряжения от внешней нагрузки являются снижающими, как и остаточные, по- этому они складываются. Величину остаточных напряжений в образцах on- 15 ределяют как разность пределов прочности на изгиб стрежневых образцов с созданными в процессе нагрева и охлаждения остаточными напряжениями, и стержневых образцов, не подвергну- 2() тых термической обработке, Затем проводят испытания на релаксацию напряжений, например, при действии облучения.

При этом уменьшение величины оста-д5 точных напряжений приводит к снижению прочности на изгиб образцов с остаточными напряжениями и,. следовательно, к уменьшению разности пределов прочности образцов с остаточными напряжениями и исходных образцов.

Испытаниям на релаксацию напряжений подвергают исходные образцы с остаточными напряжениями для того, чтобы исключить влияние других факторов, например изменения структуры, также приводящих к изменению прочности. Величину остаточных напряжений после испытаний на релаксацию определяют также как разность пределов прочности образцов с остаточными 40 напряжениями и исходных образцов, для чего после испытайий на релаксацию напряжений образцы испытывают на изгиб.

0 релаксационных характеристиках 45 материала образцов судят по разности величин остаточных напряжений до проведения испытаний на релаксацию и после них.

Например, образцы из Lr С- в виде стержней ф 2,2 мм, длиной 50 мм по- . мешают между токоподводами в герметичной камере, через которую из баллона с помощью редуктора пропускают газ. Пропуская ток через образец, нагревают его до 2570К (0,68Тп ) и одновременно обдувают гелием. Вйдерживают 100 с, после чего охлаждают со скоростью 300 град/с. Затем проводят измерение предела прочности на изгиб исходных образцов и образцов с остаточными напряжениями. Испытания на прочность показали повышение предела прочности образцов с остаточными напряжениями по сравнению с исходными образцами: разность между ними составляет 20 кг/мм .

Оставшиеся исходные образцы и образцы с остаточными напряжениями подвергают испытаниям, вызывающим ре- . лаксацию напряжений, для чего нагревают в печи при 1770К в течение

30 .мин в инертной среде, после чего измеряют прочность на изгиб.

Предел прочности на изгиб исходных образцов 28 кг/мм, образцов " остаточными напряжениями н

48 кг/мм („- се -20 кг/мм ), образцов с остаточными напряжениями после испытаний на релаксацию ь„

36 кг/мм, исходных образцов после

2 испытаний на релаксацию а 29 кг/мм ("н "о 7 кг/мм2)

Таким образом, результаты испытаний показывают снижение разности пределов прочности на изгиб исходных образцов с остаточными напряжениями на 13 кг/мм2 за счет релаксации остаточных. напряжений.

Изобретение позволяет упростить определение релаксационных характеристик хрупких тугоплавких материалов благодаря созданию в образцах остаточных напряжений путем нагрева прямым пропусканием электрического тока и охлаждения поверхности до заданного интервала температур с последующей выдержкой и охлаждением с заданной скоростью и определению величины остаточных напряжений путем измерения предела прочности при испытаниях на изгиб.

1062555

Составитель М.Матюшин

Техред М . Ко сти к

КорректорМ.Демчик

Редактор И.Николайчук

Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10208/43

Фйлиал ППП Патент, r. Ужгород,,ул. Проектная, 4