Способ определения предела прочности материала

 

Использование: в измерительной технике для оперативного контроля предела прочности материалов. Цель: повышение точности измерения. Сущность: способ заключается в том, что в испытуемый материал внедряют сферический индентор, регистрируют диаметр остаточного отпечатка и пластическую твердость, оценивают напряжения в центре отпечатка, измеряют нагрузку на индентор и определяют предел прочности по формуле, приведенной в описании. Положительный эффект: сокращение времени испытания, повышение точности измерения. 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного контроля предела прочности материалов.

Известен способ определения предела прочности материала детали, заключающийся в изготовлении из испытуемого материала детали образца для испытания на растяжение и последующего его испытания.

Этот способ имеет большую трудоемкость из-за необходимости изготовления и последующего испытания образца, его невозможно использовать при стопроцентном контроле деталей, а также при малых размерах деталей.

Наиболее близким по технической сущности является способ, заключающийся в том, что в испытуемый материал вдавливают индентор и определяют размер отпечатка, при этом при вдавливании индентора непрерывно увеличивают нагрузку до значения, соответствующего максимальному напряжению в зоне контакта, и определяют величину предела прочности σ_в по формуле σ_в = 0,333˙ Н_max, (1) где Н_max - максимальное напряжение.

Недостатком этого способа является высокая трудоемкость, связанная с необходимостью построения диафрагмы вдавливания индентора. Кроме того, диаграмма вдавливания не имеет четко выраженного максимума средних напряжений, что снижает точность определения предела прочности.

Сущностью изобретения является то, что в испытуемый материал внедряют сферический индентор, регистрируют диаметр остаточного отпечатка и пластическую твердость, оценивают напряжения в центре отпечатка, измеряют нагрузку на индентор и определяют предел прочности по формуле σ_в= , (2) где σ_i,o = 0,955 (1-2μ₂)P/d² - интенсивность напряжения в центре отпечатка; μ₂ - коэффициента Пуассона испытуемого материала; d - диаметр остаточного отпечатка; НД - пластическая твердость испытуемого материала; Р - нагрузка на индентор; К₁ = (1- μ₁²) π˙Е₁ - коэффициент, зависящий от упругих констант материала индентора;
μ₁ и Е₁ - коэффициент Пуассона и модуль нормальной упругости материала индентора;
а - коэффициент, зависящий от химического состава испытуемого материала;
D - диаметр сферического индентора.

Отличительными признаками изобретения является то, что измеряют нагрузку на индентор и определяют предел прочности по предложенной формуле (2).

Найденные новые взаимосвязи между нагрузкой на индентор, диаметром остаточного отпечатка и коэффициентом Пуассона испытуемого материала позволяют определять интенсивность напряжения в центре отпечатка, по которой с учетом пластической твердости испытуемого материала и упругих свойств материала индентора определяют предел прочности испытуемого материала.

Способ реализуется следующим образом.

В испытуемый материал внедряют сферический индентор, измеряют нагрузку на индентор, после разгрузки регистрируют диаметр остаточного отпечатка и определяют интенсивность напряжений в центре отпечатка
σ_i,0 = 0,955 (1 - 2 μ₂)Р/d². (3)
Затем регистрируют пластическую твердость и определяют предел прочности испытуемого материала по формуле
σ_в= .

П р и м е р. Определение предела прочности проводили на образцах, изготовленных из различных материалов: армко-железо, сталь 45, 30ХГСА, латуни Л63, титана ВТ6, дюралюминия Д16. Индентор был изготовлен из стали ШХ-15 (μ ₁ = 0,3, Е₁ = 2˙ 10⁵ МПа) и имел диаметры 5, 10, 20 мм. Коэффициенты Пуассона μ₂ испытуемых материалов: армко-железа и сталей 0,3; латуни 0,34; титана 0,32; дюралюминия 0,33. Внедрение индентора в испытуемый материал выполняли с помощью пресса Бринелля. Диаметр остаточного отпечатка измеряли с помощью инструментального микроскопа МИМ-2 с ценой деления 0,005 мм. Интенсивность напряжений в центре отпечатка определяли по формуле (3). Измерение пластической твердости испытуемых материалов выполняли по ГОСТ 18835-73 "Металлы. Метод измерения пластической твердости". Результаты представлены в таблице, в которой приведены также и значения предела прочности, определенные по ГОСТ 1497-84 "Металлы. Методы испытания на растяжение", принятому в качестве эталонного способа. Как видно из таблицы, в подавляющем большинстве испытаний погрешность определения предлагаемым способом составляет около 5% .

Результаты экспериментальной проверки свидетельствуют о пригодности способа для практического использования. (56) Марковец М. П. Определение механических свойств металлов по твердости. М. : Машиностроение, 1979, с. 70-75.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛА, заключающийся в том, что в испытуемый материал внедряют сферический индентор, регистрируют диаметр остаточного отпечатка и пластическую твердость, оценивают напряжение в центре отпечатка и определяют предел прочности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют нагрузку на индентор и определяют предел прочности σ_в по формуле
σ_в= ,
где σ_i,0 = 0,955(1-2μ₂) P / d ² - интенсивность напряжений в центре отпечатка;
μ₂ - коэффициент Пуассона испытуемого материала;
d₃ - диаметр остаточного отпечатка;
HD - пластическая твердость испытуемого материала;
P - нагрузка на индентор;
K₁ = (1 - μ₁) / π˙E₁ - коэффициент, зависящий от упругих констант материала индентора;
μ₁и E₁ - коэффициент Пуассона и модуль нормальной упругости материала индентора;
a - коэффициент, зависящий от химического состава испытуемого материала;
D - диаметр сферического индентора.

РИСУНКИ

Рисунок 1