Способ определения показателя деформативности материала

 

Способ может использоваться при исследовании механических характеристик прессуемых материалов, в частности, оценивающих пластические свойства. Деформируют осесимметричный образец путем его прессования через коническую матрицу и фиксируют трещину. Осесимметричный образец выполняют переменного сечения, а показатель деформативности материала * рассчитывают по формуле где - коэффициент Пуассона материала; d0 - начальный диаметр участка образца, на котором зафиксирована трещина; d1 - конечный диаметр продеформированного образца; м - угол наклона образующей рабочего конуса матрицы к оси деформирования.

Технический результат заключается в возможности определения физико-механических характеристик материала, оценивающих пластические свойства. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования механических характеристик прессуемых материалов, в частности, оценивающих пластические свойства.

Известен способ определения предела пластичности металла при прокатке, заключающийся в том, что клинообразный образец прокатывают на гладкой бочке, замеряют относительное деформирование образца в момент появления боковых трещин, по которым судят о пределе пластичности, отличающийся тем, что с целью моделирования натурных деформаций и растягивающих напряжений при прокатке труб клинообразный образец выполняют с боковыми выступами прямоугольного сечения, а о пределе пластичности судят по возникновению трещин на выступах (см. А.с. 349925. G 01 N 3/28. Семенов О.А., Динник А.А., Воевода В. Д. , Усенко В.Н. Способ определения предела пластичности металла при прокатке.: Б.и., 1972, N 26 от 04.09.72).

Недостатком данного способа является невозможность определения предела пластичности для прессуемых изделий.

Известен способ испытания металлов на пластичность, по которому цилиндрический образец деформируют сжатием до появления трещин на боковой поверхности и по степени деформации судят о пластичности, отличающийся тем, что с целью повышения точности результатов испытания путем обеспечения условий, приближенных к плоской деформации, при сжатии образца обеспечивают выдавливание его в кольцевую полость переменной уменьшающейся от центра к периферии высоты H, определяемой по формуле H=H0R0/R, где H0 - высота полости на расстоянии R0 от центра; R0 - внутренний радиус полости, равный радиусу образца; R - текущий радиус полости на высоте H (см. А.с. 1633329. G 01 N 3/28. Калпин Ю.Г., Калпина Н.Ю. Способ испытания металлов на пластичность. -Б.И., 1991, N 9 от 7.03.91).

Однако описанные выше способы не позволяют определить конкретную характеристику, оценивающую пластические свойства металла.

Известно, что для осуществления процесса обработки материалов давлением необходимо затратить определенное количество энергии. Часть этой энергии превращается в тепло, а часть остается в деформированном материале в виде связанной потенциальной энергии остаточных напряжений.

Тепловой эффект пластической деформации определяется величиной Aт (см. Яловой Н.И., Тылкин М.А., Полухин П.И., Васильев Д.И. Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением. - М.: Металлургия, 1973, с.16): Aт = выхA, (1) где A - общее количество энергии, затрачиваемой на пластическое деформирование; Aт - количество энергии, превратившейся в тепло; вых - коэффициент выхода тепла.

Коэффициент выхода тепла вых для сталей по данным различных авторов (см. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов.: Металлургиздат, 1960, т. 2; Большанина М.А., Панин В.Е. Скрытая энергия деформации./ Исследования по физике твердого тела.: изд. АН СССР, 1965; Новиков В.Н. и др. Валки листовых станов холодной прокатки. Металлургия, 1970) составляет 0,84 - 0,94.

Доля энергии, которая сохраняется в деформируемом теле в виде потенциальной энергии остаточных напряжений, A0 оценивают коэффициентом :
Ao = A, (2)
где = 1-вых.
Таким образом, величина коэффициента для сталей составляет 0,06 - 0,16. Следует отметить довольно широкий диапазон изменения , что свидетельствует о необходимости уточнения значения коэффициента для конкретных материалов.

Известен способ испытания образцов на прочность (см. SU 877399 A, G 01 N 2/28, Родионов А. А., Бызалов А.И. Способ испытания образцов материалов на прочность, Б.И. 40, 30.10.81), заключающийся в том, что тонкостенный трубчатый образец обжимают путем его запрессовки в конусообразную оправку с образующей криволинейной формы, определяют местоположение трещины по высоте продеформированного образца и по полученным данным судят о предельной пластичности материала (прототип).

Недостатком известного способа (прототипа) является то, что нет описания конкретной величины, характеризующей пластичность материала, которую определяют в данном способе.

Цель изобретение - определение физико-механических характеристик материала, оценивающих пластические свойства, а именно показателя деформативности материала.

Поставленная цель достигается тем, что деформируют осесимметричный образец путем его прессования через коническую матрицу и фиксируют трещину, при этом осесимметричный образец выполняют переменного сечения, а показатель деформативности материала * рассчитывают по формуле

где - коэффициент Пуассона материала;
d0 - начальный диаметр участка образца, на котором зафиксирована трещина;
d1 - конечный диаметр продеформированного образца;
м - угол наклона образующей рабочего конуса матрицы к оси деформирования;
параметр деформативности, определяющий физико-механические свойства деформируемого материала;
E - модуль упругости материала;
s - предел текучести материала.

Соотношение (2) получено следующим образом. С позиций разрушения осесимметричных металлоизделий наибольшую опасность представляют максимальные окружные напряжения в поверхностных слоях, наиболее простая оценка прочности выглядит в соответствии с первой теорией прочности так:
max s. (4)
Напряжения определяют из решения системы дифференциальных уравнений равновесия для упругого состояния, соответствующего действию остаточных напряжений в осесимметричных изделиях. При этом реализуется схема плоского упругого деформированного состояния, для которой характерным является отсутствие осевых деформаций. Таким образом, получают окружные , радиальные r и осевые z остаточные напряжения в виде




a1 - некоторый параметр;
R - радиус изделия.

При известных компонентах тензора напряжений ij с помощью обобщенного закона Гука находят компоненты тензора деформаций ij и рассчитывают потенциальную энергию остаточных напряжений:

где V - объем изделия.

Технологические параметры волочения определяют величину энергии пластического деформирования

где - степень деформации.

Известно, что энергия пластического деформирования для средней по сечению прутка степени деформации (см. Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая смазка при обработке металлов давлением -М.: Металлургия, 1986, с. 56) равна

тогда из решения уравнения (2) с учетом (6), (7) и (8) получают выражение, определяющее параметр :

и, следовательно, окружные напряжения . Тогда условие прочности (4) записывают в виде

откуда получают соотношение (3).

На чертеже представлен общий вид деформируемого образца: 1, 2, 3 - ступени разного диметра исходного образца.

Пример конкретной реализации. Предложенный способ использован для дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе порошковой меди. Цилиндрический образец имел ступенчатую форму с диаметрами участков 16, 18 и 19,3 мм. Образец подвергали прессованию с помощью жидкости высокого давления через коническую матрицу диаметром d1 = 10 мм. Давление жидкости при прессовании участка диаметром d0 = 16 мм составило 7 кбар. Пропрессованный участок имел блестящую поверхность без трещин. Трещина визуально зафиксирована на продеформированном образце в той части, которая соответствует участку 2 исходного недеформированного образца. Для нашего случая это участок 2 с d0 = 18 мм, давление жидкости при этом составило 9 кбар. По известным геометрическим параметрам рассчитали показатель деформативности материала по формуле (3). С помощью предложенного способа получили * = 0,3389.

Предлагаемый способ прост в осуществлении, дает возможность исследовать пластические свойства материала непосредственно деформируемых заготовок, а не образцов, которые требуют специальной обработки и подготовки, т.е. приблизить условия эксперимента к реальным условиям деформирования и получить достоверную информацию о пластических характеристиках прессуемых материалов. Способ позволяет определить уровень остаточных напряжений, формируемых в процессе пластического деформирования, оценить влияние технологии на этот уровень, а следовательно, на возможность развития замедленного разрушения, оценить усталостную и хрупкую прочность, коррозионную стойкость изделий.


Формула изобретения

Способ определения показателя деформативности материала, включающий деформирование осесимметричного образца путем его прессования через коническую матрицу и фиксацию трещины, отличающийся тем, что осесимметричный образец выполняют переменного сечения, а показатель деформативности материала * рассчитывают по формуле
где - коэффициент Пуассона материала;
d0 - начальный диаметр ступени образца, на котором зафиксирована трещина;
d1 - конечный диаметр продеформированного образца;
м - угол наклона образующей конуса матрицы к оси деформирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к способам испытания упруговязких смесей

Изобретение относится к средствам контроля деформации и может быть использовано для контроля деформации жидких полимеров

Изобретение относится к испытаниям материалов для определения механических и пластических характеристик тонколитовых материалов путем осадки образцов с регистрацией величины деформации и усилия

Изобретение относится к испытаниям листового материала для определения его штампуемости

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к исследованию мехг нических свойств материала

Изобретение относится к рентгеноструктурному анализу поликристаллов, а именно к определению одной из характеристик первичной рекристаллизации в сплавах - критической степени пластической деформации - рентгеноструктурным методом

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их физических, а именно к области исследования пластических, свойств твердых материалов путем приложения к ним нагрузок

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано при исследовании прочностных свойств твердых материалов с последующей штамповкой

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов, а именно к оценке их деформируемости, и может быть использовано для оперативного цехового контроля изделий в виде листов, труб, оболочек

Изобретение относится к механическим испытаниям листового металла, например листовой стали, и применяется для определения штампуемости металла с учетом влияния наклепа кромок, возникающего в разделительных операциях при получении заготовок

Изобретение относится к испытаниям и может использоваться на металлургических предприятиях, выпускающих прокат (листы, полосы), и на машиностроительных при входном контроле

Изобретение относится к методам испытания деталей из тугоплавких металлов, используемых в электровакуумном производстве

Изобретение относится к машиностроению и может применяться при изготовлении вырубкой деталей электровакуумного производства, например, дисков мишеней из холоднокатаных полос молибдена

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях плоской деформации

Изобретение относится к области исследования механических характеристик прессуемых материалов, в частности, оценивающих пластические свойства

Наверх