Способ определения характеристики материала
Владельцы патента RU 2296973:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области определения физико-механических свойств материалов. Сущность: определяют характеристику материала, определяющую эффект Баушингера, путем пластического кручения в прямом и обратном направлениях цилиндрических образцов. Условный предел текучести на сдвиг при обратном кручении образца сплошного сечения определяют расчетом по формуле. Технический результат: возможность определения характеристики материала, определяющей эффект Баушингера, при больших степенях деформации сдвига. 2 ил.
Изобретение относится к области определения физико-механических свойств материалов и может применятся в машиностроении, авиастроении, судостроении и др. для изучения сопротивления материалов пластическому деформированию.
Известен способ [1] определения характеристики материала, определяющей эффект Баушингера, заключающийся в проведении испытаний на пластическое кручение в прямом и обратном направлениях тонкостенных цилиндрических образцов и в расчете указанной характеристики в виде параметра по формуле
Здесь 
- условный предел текучести на сдвиг (с остаточной деформацией 0,3% или 0,003) при обратном кручении образца, закрученного пластически в прямом направлении до деформации сдвига γ касательным напряжением τ.
Недостатком данного способа является невозможность из-за потери устойчивости трубки закручивать их в прямом направлении до больших степеней деформации (γ>0,1), а тем самым и определять параметр β при этих деформациях.
Изобретение направлено на определение характеристики материала, определяющей эффект Баушингера при больших степенях деформации сдвига (γ>0,1).
Это достигается тем, что условный предел текучести на сдвиг при обратном кручении образца сплошного сечения определяют по формуле
где МА, МС - значения моментов соответственно в точках А и С на диаграмме кручения; γcmax - сдвиг на поверхности образца при обратном кручении, соответствующий остаточной деформации, γост=0,3%; r - радиус образца.
На фиг.1 представлена схема реверсивного кручения; на фиг.2 - график измерения параметра β.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. При кручении цилиндрических образцов сплошного сечения в прямом направлении касательное напряжение на поверхности образца определяют по экспериментальной диаграмме кручения М=М(γ) для деформации сдвига γ=γA в соответствии с формулой [2]
где MA, γА момент и условный сдвиг на поверхности образца, соответствующие положению точки А на диаграмме кручения (на фиг.1 - кривая 1).
На фиг.1: ОА - участок прямого кручения; АВ - разгрузка; ВС - обратное кручение; СД - разгрузка после обратного кручения; напряжения τ и определяются соответственно в точках А и С на диаграмме реверсивного кручения.
Условный предел текучести определяется следующим образом. Крутящий момент в точке С связан с полным напряжением соотношением
Здесь ρ - расстояние от начала координат до произвольной точки в поперечном сечении образца.
Полное напряжение при разгрузке и обратном кручении будет равно
где τ0 - напряжение при разгрузке и обратном кручении.
Подставляя соотношение (4) в (3) и приняв во внимание уравнение (3) для прямого нагружения, получим
Из этого выражения после замены переменной ρ на γC=γCmaxρ/r и дифференцирования его по γCmax получим соотношение (1).
где γCmax - сдвиг на поверхности образца во время разгрузки и обратного кручения, соответствующий точке С на диаграмме кручения (см. фиг.1).
Были проведены испытания на реверсивное кручение образцов диаметром 15 мм и рабочей длиной 70 мм из жаропрочной стали Х20Н77Т2ЮР. При этом образцы закручивались до различных значений сдвига γА и соответствующего ему момента МА. Затем перед разгрузкой на образец устанавливали угломер Бояршинова для измерения угла закручивания при разгрузки и обратном кручении. Разгружая и нагружая образец в обратном направлении, замеряли момент и угол для построения диаграммы кручения М=М(γ0). Из последней по заданной величине остаточной деформации 
определяли необходимые параметры в соотношении (1) и рассчитывали 
.
На фиг.2 представлена зависимость параметра β от предварительной деформации сдвига. Здесь сплошная линия обозначает по предлагаемому способу, а точки - по способу прототипа, согласно которому параметр β определяется до γ=0,07. Видно, что параметр β по мере возрастания деформации в пределах γ>0,05 становится практически постоянным и равным ˜0,46.
Представленные данные показывают, что новый способ позволяет определять указанную характеристику материала, определяющую эффект Баушингера, и при деформациях γ>0,1.
Таким образом, предлагаемое изобретение дает возможность определять указанную характеристику при больших степенях деформации сдвига и тем самым успешно разрабатывать техпроцессы обработки металлов давлением в промышленности.
Источники информации
1. Талыпов Г.Б. Исследования эффекта Баушингера. // Известия АН СССР. Механика и машиностроение. 1964. №6. с.131-137.
2. ГОСТ 3365-80. Металлы. Метод испытания на кручение. М., 1980.
Способ определения характеристики материала, определяющей эффект Баушингера, включающий пластическое кручение в прямом и обратном направлениях цилиндрических образцов, отличающийся тем, что условный предел текучести на сдвиг при обратном кручении образца сплошного сечения определяют расчетом по формуле
где MA, MC - значения моментов соответственно в точках А и С на диаграмме кручения, где А - точка, соответствующая концу участка прямого кручения и началу участка разгрузки, а С - точка, соответствующая концу участка обратного кручения и началу участка разгрузки после обратного кручения; γс - сдвиг на поверхности образца при обратном кручении, соответствующий остаточной деформации γocm=0,3%, r - радиус образца.
