Способ определения упругих свойств конструкционного материала

 

(51) 5 0

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4785321/28 (22) 20.12.89 (48) 30.10.93 Бюл. Na 39 — 40 (76) Янышев Павел Климентьевич (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ

СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к испытанию конструкционных материалов, например к определению достоверных механических свойств в упругой области деформирования. При этом учитывают как внешние силовые и температурные воздействия, так и внутренние, вызванные упругими внутренними напряже(19) RU (») 2002236 С1 ниями При воздействии внешней нагрузки, вызывающей растяжение тела, и наличий в нем внутренних напряжений (ВН) сжатия связь напряжение— деформация описывается уравнением: о.=(с+Ье )Е+Ье E +Ac хЕ, где с. Š— отно81 82 82 тр тр сительная деформация и модуль упругости тела без ВН; Ье — приращение относительной дефор—

81 мации, вызванное неперераспределяющимися ВН от внешней нагрузки; Ьс, Ьс — приращение от82 rp, носительной деформации, вызванное перераспределяющимися 8Н и температурой. 1 табл, 4 ил.

2002236

Изобретение относится к испытаниям металлов, сплавов и др. конструкционных материалов, в частности к определению достоверных механических свойств в упругой области деформирования.

При этом учитывают как внешнее воздействие, например. силовое и температурное, так и внутреннее, вызванное упругим внутренним напряжением (ВН). Пластические релаксируемые BH в настоящее время не используются, Известен способ определения упругих свойств КМ (1), состоящий в том, что измеряют характерные точки на деформацианной характеристике (ДХ вЂ” диаграмме растяжения сжатия, кручения, изгиба).

При этом предел пропорциональности, упругости и текучести оценивают как приближенные условные напряжения.

Известен способ определения упругих свойств КМ (2), состоящий в том, что изготовляют образец иэ контролируемого материала, измеряют его деформации при различных нагрузках и записывают ДХ.

Основным недостатком его является то, что не известна истинная причина нелинейности ДХ в упругой области деформирован ия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения упругих свойств КМ (3).

Недостатком его является ограниченная точность, обусловленная большим рас сеиванием параметров .из-за наличия в контролируемом теле дефектов структуры, вызывающих обраэова. 1ие В Н, B качестве прототипа использован способ (4). Сущность его состоит в том, что удаляют измененный поверхностный слой с образца и стабилизацией пластические BH.

Недостатком его является отсутствие сравнительного анализа параметров определенных материалов и количественной связи между напряжением.и составляющими деформаций.

Цель изобретения — повышение точности и уменьшение трудоемкости испытания,, Это достигается тем, что используют заготовки материала, полученные при различных скоростях кристаллизации, после стабилизации свойств отбирают для изготовления образцы заготовки, имв1ощиеодинаковый температурный коэффициент электросопротивления, нагружение осуществляют после температурных воздействий в упругой области деформирования, в качестав параметра перехода от упругости к упругопластичности принимают минимальное напряжение линейного деформирования. определяют величину и знак внутренних напряжений, совмещая деформационные характеристики различных образов, определяют значение 6%1 постоянной составляющей и значение btli2 переменной составляющей деформации, выэваннои упругими внутренними напряжениями о н, а сами значения величины суммарных напряжений, т.е. от внешней и внутренней нагрузок определяют из соотношений

10

0 (Е+ ЛБЫ)Е + ЬЕЬ2ЕЬ2 + ЛЕтр Етр при растяжении материала и наличии в нем упругих внутренних напряжений сжатия (фиг.1), о-(Я-Йы)Е - Йь2 Еь2+ Ьетр Етр

20 при растяжении материала и наличии в нем упругих внутренних напряжений растяжения (фиг.2), 1т= -(6 + Жь1)Е + Afb2 Eb2 + Литр Етр

25 при сжатии материала и наличии в нем упругих внутренних напряжений сжатия (фиг.3), ЗО

0- = -(е- Жы)Е - 2 Еь2+ Ьетр Етр при сжатии материала и наличии в нем упругих внутренних напряжений растяжения (фиг,4), З5 где .Е = Еы — модуль упругости материала в котором отсутствуют внутренние напряжения, т.е. упругая составляющая Ьр>1 характеризует неперераспределяющиеся от внешнего воздействия внутренние напря40, ния.

Еь2 — модуль упругости материала с внутренними напряжениями, т.е. упругая составляющая Ьяь2 характеризует перераспределяющиеся внутренние напряже45 ния.

Етр — модуль упругости материала при воздействии температуры, т,в. температурных напряжений.

B уравнениях использованы темпера50 турные деформации Авар при положительном перемещении температуры. 8 случае отрицательного приращения температуры перед членом Ьйр Етр изменится знак.

На фиг.1-4 изображены ДХ эталона

55 (0-1), т.е. образца из контролируемого материала, в котором отсутствуют BH и ДХ из упругого контролируемого материала при наличии в нем ВН и внешней нагрузки.разного знака.

2002236

o8y = — (0p + жс), Тем пеоатура +200 С

Компатная темпе атура В2

Е кгс/мм

Е ЕВ2 ЯВг

Ет

Етр

2,08 0,0029 2,02 0,0033 0,0004 1,94

0,035

0,0002

Примечания В2= Вг-r, . Ь; р=ròð гВ2 пературы по объему и до прекращения изСПОСОБ ОПРЕдЕЛЕНИя уПРуГИХ менения частоты собственных колебаний

СВОЙСТВ КОНСТРуКцИОННОГО МАТЕ- при полном снятии неупругих внутренних

РИАЛА. по которому стабилизируют свой- Iнапряжений, стабилизируют линейность.. ства заготовки материала выдержкой под харак ер с ки частота собственных коленагревом при полном выравнивании тем- < H A - температура выдержки, изготовляДля получения эталона в образце удаляют измененный поверхностный слой и пластические ВН, а исходный материал отбирают по константе, например по температурному коэффициенту электросопротивления. Для ме- 5 таллов ая =4,2 10 /K=const.

Образцы из контролируемого материала стабилизируют, т.е. удаляют в них пластические ВН. При этом образцы материала представляют линейные системы на кото10 рые распространяется принцип суперпозиции.

Для осуществления способа берут эталон и образец из контролируемого материала, 15

Измеряют величину и знак BH в контролируемом материале известным способом, например, из, уравнения где о„,— упругие и пластические BE в контролируемом материале; отр, ore — пределы текучести контролируемого материала соответственно при растяжении и сжатии.

Записывают ДХ эталона и контролируемого материала и совмещают по величине и знаку ВН в контролируемом материале и углу наклона к оси Абсцисс ДХ материала с

ДХ эталона, Разделяют ДХ материала на неперераспределяющуюся (1-2) и перераспределяющуюся (2-3} составляющие от внешней нагрузки, т.е, проводят из точки О, прямую параллельно ДХ эталона (Π— 1), Записывают ДХ материала при воздействии температуры в упругой области деформирования и совмещают ее по углу наклона с ДХ 1,2,3.

Определяют составляющие деформаций, вызванные различным силовым воздействием, составляют уравнения, которые определяют количественную. связь между напряжением и деформацией реального конструкционного материала (металла), Способ распространяется на упругую область деформирования твердого тела при отсутствии пластических релаксируемых

ВН в материале. Таким образом предел пропорциональности, предел упругости и предел текучести равны между собой.

Пример. Использована сталь 40Х13

ГОСТ 5632 — 72. В нескольких заготовках из различных плавок после отжига их при

Т = 550 С, t = 160 мин и Vzyn 130 с/ч до T=400 Ñ измерены температурные коэфициенты электросопротивления. По ая = 4,2 10 l/К = const отобрана заготовка под эталон. Определены величина и знак внутренних напряжений о н в заготовке из контролируемого материала.

Изготовлены два образца ¹ 17К по

ГОСТ 1497 — 73 один из эталонного, э другой из контролируемого материала при чистовой.обработке V = 46 м/мин, t = 0,12 мм/с, $ = 0,09 мм/оборот, Резец из сплава Т15К6, без охлаждения.

Оба образца стабилизированы отжигом при Т=530 С, t — — 120 мин при Чохл 130 с/ч до Т = 400 С и подвергнуты контролю по линейности зависимости частоты собственных колебаний образца от температуры при выравнивании ее по всему объему, Контроль осуществляют по прекращению пр»ращения частоты, Измерены относительные деформации и модули обоих образцов при растяжении о= 60 кгс/мм в нормальных условиях, а для контролируемого материала также при воздействии температуры Т = 200 С, Результаты сведены в таблице. (56) 1. Золотаревский В.С. Механические свойства металлов. M: Металлургия, 1983.

2. Дж.Ф,Белл. Экспериментальные основы механики деформируемых тел. 1. М;

Наука.

3, Кочнева.Л.Ф. Внутреннее трение в твердых телах при колебаниях. M: Наука, 1979.

4.. Авторское свидетельство N 1249384, кл. G 01 NЗ/08,,1984, 2002236 ют образцы материала резанием в чистовом режиме, соответствующем взаимной компенсации дефектов структуры поверхности от силового и теплового воздействий процесса резания нагружают образцы ступенчато статической нагрузкой до достижения унругопластического состояния, регистрируют при нагружении деформационную характеристику в координатах напряжение-деформация и по ней определяют искомый параметр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытания, используют заготовки материала, изготовленные при различных скоростях кристаллизации, после стабилизации свойств отбирают для изготовления заготовки образцы, имеющие одинаковый температурный коэффициент электросопротивления, нагружение осуществляют после температурных воздействий, s качестве параметра перехода от упругости к упругопластичности принимают минимальное напряжение линейного деформирования, совмещая деформа ционные характеристики различных образцов, определяют характер внутренних напряжений, значение hsB постоянной составляющей и значение ЛяВ2 переменwoA составляющей деформации е, вызванной упругими внутренними напряжениями о, а сами значения величины о определяют С>

: из соотношений

О = (E + В1)Е + В2ЕВ2 +

+ трЕтр, при растяжении материала и наличии в нем упругих внутренних напряжений сжатия, тт = (г — Л В1)Š— Ь В2ЕВ2 +

+ ЬвтрЕтр т0 при растяжении материала и наличии в нем упругих внутренних напряжений растяжения, (e + вт)Е МВ2ЕВ2 +

+ 4 трЕтр при сжатии материала и наличии в нем упругих внутренних напряжений сжатия, а = — (y + Ь|в )Š— ЬевгЕВ2+

+ Ьетр Е р.ïðè сжатии материала и нали20 чии в нем упругих внутренних напряжений растяжения, где Е - модуль упругости материала при упругой составляющей лев от неперераспределяющихся от внешнего воздействия

25 внутренних напряжений;

ЕВ2 - модуль упругости материала при упругой составляющей Лев2 от перераспределяющихся внутренних напряжений; Э0 Етр - модуль упругости материала при деформации Ьгтр температурных напряжений.

2002236

Ear Еж тР РсУ Р З

Составитель П. Янышев

Редактор Л, Народная Техред M.Moðãåíòàï Корректор М, Ткач

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3170

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101