Способ определения механических характеристик материалов

 

Изобретение относится к области измерений и предназначено, в частности, для исследования механических свойств материалов. Для реализации изобретения используются механизм вдавливания, индентор и индикатор часового типа. При вдавливании индентора в поверхность испытуемого материала индикатор измеряет глубину его внедрения. По достижении заданной глубины внедрения горизонтально перемещают индентор. При этом непрерывно регистрируют усилие перемещения и глубину образующейся царапины. Перемещение прекращают, когда данное усилие станет максимальным. По величине этого усилия и длине царапины определяют механические характеристики материала. Изобретение позволяет повысить точность, производительность и расширить возможности процесса измерений. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области измерений и, в частности, предназначено для исследования механических характеристик материалов.

Известен способ определения механических характеристик материалов, например истинного сопротивления разрыву и относительного сужения (см. Золоторевский B. C. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1983. ГОСТ 1497-84 "Металлы. Методы испытания на растяжение"), заключающийся в том, что специальный образец, изготовленный из контролируемого материала, закрепляют в захватах испытательной машины и нагружают его одноосным растяжением до разрыва, а истинное сопротивление разрыву и относительное сужение после разрыва определяют по значениям нагрузки в момент разрыва образца и площади поперечного сечения образца в месте разрыва.

Недостатками этого способа являются высокие материалоемкость и трудоемкость, низкая производительность, а также необходимость использования громоздкой испытательной машины на растяжение.

Известен способ определения истинного сопротивления разрыву, заключающийся в том, что в испытуемый материал вдавливают конус под постоянной нагрузкой, перемещают его в горизонтальном направлении, измеряют чистую ширину полученной царапины, по которой рассчитывают истинное сопротивление разрыву (см. Давиденков Н.Н. Некоторые проблемы механики материалов. Л.: Лениздат, 1943).

Недостатками этого способа являются низкие производительность и точность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения механической характеристики материала, такой как поперечное сужение, заключающийся в том, что на материал наносят индентором царапину, например алмазным конусом, замеряют геометрические параметры, такие как высоту образовавшегося наплыва в конце царапины и глубину или ширину царапины. По замеренным геометрическим параметрам определяют поперечное сужение материала (авт. св. СССР N 275483, кл. C 01 N 34/01, опубл. 03.07.1970).

Недостатками этого способа являются низкие производительность и точность.

Технической задачей изобретения является повышение точности, производительности, расширение функциональных возможностей способа.

Эта техническая задача достигается тем, что в известном способе определения механических характеристик материалов при испытании материала в него вдавливают индентор, перемещают последний в горизонтальном направлении, измеряют геометрические параметры полученной царапины, вдавливание индентора проводят до образования постоянной глубины отпечатка, затем при горизонтальном перемещении индентора непрерывно регистрируют значения усилия царапанья и длины царапины в качестве геометрического параметра и после достижения максимального значения указанного усилия и соответствующей ему длины царапины прекращают перемещение индентора.

Существо изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство содержит механизм вдавливания 1, силовой шток с индентором 2, например коническим, индикатор часового типа 3 для измерения глубины вдавливания индентора 2, механизм горизонтального перемещения 4 индентора 2, пружины с датчиками измерения усилия царапанья 5 и измерения длины царапины 6, плату сопряжения 7, встроенную в персональный компьютер 8 типа IBM PC/AT.

Устройство работает следующим образом.

Механизм вдавливания 1 внедряет силовой шток с коническим индентором 2, имеющим геометрический параметр γ, в поверхность испытуемого материала. Индикатором часового типа 3 с ценой деления 1 мкм измеряют глубину внедрения индентора 2. При достижении заданной глубины внедрения t процесс вдавливания прекращают и запускают механизм горизонтального перемещения 4 индентора 2. При этом датчиком измерения усилия 5 производится непрерывная регистрация усилия царапанья P, а датчиком измерения длины 6 регистрируется длина царапины l. Информация с датчиков 5 и 6 в аналоговой форме передается через плату сопряжения 7 в персональный компьютер 8. После достижения максимального усилия царапанья P_max и соответствующей ему длины царапины l_max механизм горизонтального перемещения 4 отключают.

По полученным параметрам определяют следующие механические характеристики материала.

Истинное сопротивление разрыва S_k S_k = F(P_max,t,γ), Относительное сужение после разрыва Ψ Ψ = F(l_max,γ). Реализация предлагаемого способа определения механических характеристик материалов проводится в автоматизированном режиме. Весь процесс испытаний с выдачей значений механических характеристик занимает 3...5 минут. Предлагаемый способ позволяет определять механические характеристики материала без изготовления и испытания образцов на растяжение.

В таблице приведены экспериментальные сравнительные результаты определения механических характеристик стали 45 предлагаемым способом и существующим способом испытания образцов на растяжение.

Как видно из таблицы, максимальное относительное отклонение значений механических характеристик, определенных предлагаемым способом, от значений тех же механических характеристик, определенных способом растяжения образцов, не превышает ±5%.

Формула изобретения

Способ определения механических характеристик материалов, заключающийся в том, что при испытании материала в него вдавливают индентор, перемещают последний в горизонтальном направлении и измеряют геометрические параметры полученной царапины, отличающийся тем, что вдавливание индентора проводят до образования постоянной глубины отпечатка, затем при горизонтальном перемещении индентора непрерывно регистрируют значение усилия царапанья и длину царапины, как геометрического параметра, и после достижения максимального значения указанного усилия и соответствующей ему длины царапины прекращают перемещение индентора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2