Способ выявления неоднородности распределения механических свойств металла

Авторы патента:

G01N3/46 - когда инденторы осуществляют царапающее движение

Владельцы патента RU 2451283:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") (RU)

Изобретение относится к области механических испытаний материалов и может быть предназначено для выявления неоднородности распределения механических свойств металла в сварном соединении. Сущность: в поверхность металла вдавливают индентор на заданную глубину отпечатка, затем горизонтально перемещают индентор с непрерывной регистрацией усилия царапанья и длины царапины. Вдавливание индентора производят четырехгранной пирамидой в поверхность шлифа сварного соединения, при этом его горизонтальное перемещение и регистрацию диаграммы царапанья продолжают до тех пор, пока царапина не пройдет через все сварное соединение, охватив основной металл, зону термического влияния, линию сплавления и металл шва по обе стороны относительно продольной оси шва. Технический результат: повышение точности, производительности и расширение функциональных возможностей способа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Известен способ выявления неоднородности распределения механических свойств металла в сварном соединении, заключающийся в том, что в различные точки шлифа сварного соединения вдавливают индентор под заданной нагрузкой, измеряют геометрические параметры отпечатка, рассчитывают значения твердости, по которым судят о механических свойствах и их распределении по сварному соединению [Сварка в машиностроении. Справочник, т.3. М.: Машиностроение, 1979].

Однако этот способ трудоемок и не позволяет определить механические свойства в каждой точке линии, проходящей через все сварное соединение, так как необходимо выдерживать определенные зазоры между нанесенными отпечатками, в которых механические свойства металла могут существенно различаться, что снижает точность выявления неоднородности распределения механических свойств.

Наиболее близким к изобретению является способ определения механических характеристик материалов (см. патент РФ №2143106, Кл. G01 №3/42, опубл. 20.12.1999 г.), позволяющий выявлять неоднородность распределения механических свойств металла, заключающийся в том, что в испытуемый материал вдавливают индентор на заданную постоянную глубину отпечатка, затем при горизонтальном перемещении индентора непрерывно регистрируют значения усилия царапанья и длины царапины и после достижения максимального значения усилия царапанья и соответствующей ему длины царапины прекращают перемещение индентора.

Недостатками этого способа применительно к сварным соединениям являются ограничение длины царапины первым максимумом усилия царапанья, что не дает возможности определения механических свойств на всем протяжении сварного соединения за одно испытание, а также низкая производительность испытаний.

Технической задачей изобретения является повышение точности, производительности и расширение функциональных возможностей способа. Эта задача достигается тем, что в известном способе выявления неоднородности распределения механических свойств металла, заключающемся во вдавливании индентора в поверхность металла на заданную глубину отпечатка, горизонтальном перемещении индентора с непрерывной регистрацией диаграммы царапанья, вдавливание индентора производят четырехгранной пирамидой в поверхность шлифа сварного соединения, при этом его горизонтальное перемещение и регистрацию диаграммы продолжают до тех пор, пока царапина не пройдет через все сварное соединение, охватив основной металл, зону термического влияния, линию сплавления и металл шва по обе стороны относительно продольной оси шва.

Кроме того, на поверхности шлифа может быть дополнительно нанесено n царапин, где n - целое число и выбрано n≥1, под произвольными углами наклона относительно оси сварного шва, что позволяет выявить неоднородность механических свойств металла в зависимости от направления царапанья в этих (n+1) направлениях.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема нанесения царапин в поперечном, продольном направлениях и под углом к оси шва, на фиг.2 представлены диаграммы царапанья в координатах «твердость при царапаньи - длина царапины» при испытаниях в поперечном, продольном направлениях и под углом к оси шва.

На схеме нанесения царапин показаны основной металл 1, зона термического влияния 2, линия сплавления 3, металл шва 4, продольная ось шва 5 и царапины 6, 7, 8, нанесенные на поверхность шлифа сварного соединения.

Способ выявления неоднородности распределения механических свойств металла реализуется следующим образом.

В поверхность шлифа сварного соединения в зоне основного металла на заданную глубину вдавливают индентор, имеющий форму четырехгранной пирамиды. Затем индентор перемещают горизонтально по поверхности шлифа, при этом на поверхности металла образуется царапина 6. Перемещение индентора продолжают до тех пор, пока царапина не пройдет через все сварное соединение, охватив основной металл 1, зону термического влияния 2, линию сплавления 3 и металл шва 4 по обе стороны относительно продольной оси шва 5. В процессе перемещения прибор производит непрерывную регистрацию усилия царапанья и длины царапины. Эти данные передаются на персональный компьютер, где по зарегистрированным значениям усилия царапанья рассчитываются значения твердости при царапаньи HGV_t в каждой точке царапины:

HGV_t=P_ц/F_бок,

где HG - символ твердости при царапаньи, V - символ четырехгранной пирамиды Виккерса, индекс t - глубина внедрения пирамиды, Р_ц - усилие царапанья, F_бок - боковая контактная поверхность пирамиды.

По полученным значениям твердости при царапаньи персональный компьютер осуществляет построение диаграммы царапанья в координатах «твердость при царапаньи HGV_t - длина царапины L_ц» (а), которая иллюстрирует распределение механических свойств металла в каждой точке линии, вдоль которой проходила царапина, и позволяет определить координаты точек, в которых происходит резкое отклонение значений Р_ц и HGV_t от их среднего уровня.

При дополнительном нанесении царапин на поверхности шлифа сварного соединения для каждой царапины также регистрируют диаграммы царапанья. Затем проводят сравнение полученных диаграмм, которое позволяет выявить неоднородность механических свойств металла в зависимости от направления царапанья.

Пример выполнения.

В поверхность шлифа сварного соединения производят вдавливание индентора на заданную глубину. Затем индентор начинают перемещать в поперечном направлении относительно продольной оси сварного шва 5. Его горизонтальное перемещение и регистрацию диаграммы продолжают до тех пор, пока царапина 6 не пройдет через все сварное соединение. В процессе испытания записывается диаграмма царапанья (а). По полученной диаграмме выявляется неоднородность распределения механических свойств металла в поперечном направлении.

При нанесении двух дополнительных царапин 7 и 8, то есть n=2, регистрируют две диаграммы царапанья (б) и (в). Сравнивая полученные диаграммы царапанья (а), (б) и (в), выявляют неоднородность механических свойств металла в зависимости от направления царапанья для трех направлений.

Использование способа позволяет достоверно оценить механические свойства металла непрерывно в каждой точке траектории царапины, охватывающей все зоны сварного соединении, а также выявить зависимость механических свойств металла от направления царапанья.

1. Способ выявления неоднородности распределения механических свойств металла, заключающийся в том, что в поверхность металла вдавливают индентор на заданную глубину отпечатка, затем горизонтально перемещают индентор с непрерывной регистрацией усилия царапанья и длины царапины, отличающийся тем, что вдавливание индентора производят четырехгранной пирамидой в поверхность шлифа сварного соединения, при этом его горизонтальное перемещение и регистрацию диаграммы царапанья продолжают до тех пор, пока царапина не пройдет через все сварное соединение, охватив основной металл, зону термического влияния, линию сплавления и металл шва по обе стороны относительно продольной оси шва.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно наносят n царапин, где n - целое число и выбрано n≥1, под произвольными углами наклона относительно оси сварного шва и выявляют неоднородность механических свойств металла в зависимости от направления царапанья в этих (n+1) направлениях.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля на прочность металлов в конструкциях. .

Устройство для определения твердости материалов методом царапания // 2373515

Изобретение относится к испытательной технике. .

Способ исследования анизотропии материала // 2330260

Изобретение относится к области исследований структурных изменений материалов, в частности полимеров, и может быть использовано для определения структурной анизотропии и анизотропии механических свойств таких полимеров, как полиэтилентерефталат, для послойного изучения напряженно-деформированного состояния изделий из этого полимера, для прогнозирования поведения материала полимера в изделии в зависимости от условий эксплуатации.

Способ оценки энергии активации разрушения материала поверхностного слоя // 2327137

Изобретение относится к механике разрушения материалов. .

Устройство для определения твердости материалов методом царапания // 2308018

Изобретение относится к испытательной технике. .

Устройство для определения работы царапания абразивным инструментом поверхности испытуемого образца // 2305826

Изобретение относится к области измерительных приборов для определения износа, а именно к устройствам для определения характеристик работы царапания. .

Приспособление к твердомерам типа тк для измерения твердости стандартных образцов после торцевой закалки // 2301984

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследований прокаливаемости сталей и сплавов методом торцевой закалки. .

Способ определения сопротивления скалыванию гальванопокрытия // 2200310

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при определении механических свойств деталей с электролитическим гальванопокрытием, преимущественно с твердым хромовым.

Устройство для испытания материалов // 2147737

Изобретение относится к области определения физико-механических характеристик материалов, в частности к микромеханическим испытаниям материалов с покрытиями и инструментальных материалов.

Прибор для склерометрических исследований // 2147735

Изобретение относится к определению физико-механических характеристик материалов, в частности поверхностных слоев объектов методом склерометрии для оценки трещиностойкости, прочности сцепления покрытия с основой и т.д.

Устройство для определения твердости материалов методом царапания // 2473881

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения твердости материалов непосредственно в конструкциях

Способ оценки энергии активации пластической деформации поверхностного слоя и переносной склерометр для его осуществления // 2475720

Изобретение относится к области безобразцового контроля фактического состояния материалов при эксплуатации

Определение твердости гальванических покрытий на деталях машиностроения // 2476856

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где применяются гальванические покрытия деталей

Способ определения прочностных характеристик материала и устройство для его осуществления // 2499246

Изобретение относится к машиностроению. Устройство содержит корпус с электродвигателем и редуктором внутри его; укрепленные на корпусе две параллельные колонны с установленной на них с возможностью перемещения по ним траверсой вместе с механизмами фиксации ее на колоннах и закрепленной на ней инструментом; инструментальной головкой, механизмом установки инструмента, механизмом подвода и отвода инструмента от поверхности образца, измерителем нормальных перемещений инструмента, датчиком нормальной силы, механизм и стол для установки и термостабилизации образца; механизм нормального нагружения инструмента; автоматизированную систему задания программы нагружения и разгружения, считывания, записи и обработки информации результатов испытаний совместно с персональным компьютером. Устройство дополнительно снабжено механизмом тангенциального перемещения образца; механизмом поворота образца в вертикальной плоскости; механизмом тонкого перемещения образца в вертикальной плоскости; механизмом ускоренного перемещения и фиксации инструмента; датчиком измерения тангенциальной силы; механизмом вертикального перемещения траверсы. Сущность: используют программу выбора вида исследования и его проведения из возможных нескольких автоматически реализуемых на одном и том же устройстве, как профилографирование-профилометрирование шероховатости образца; оценку микротвердости поверхности образца; оценку энергии активации пластической деформации; трибометрирование; прогнозирование остаточного ресурса; профилографирование-профилометрирование волнистости поверхности образца и осуществляют с помощью устройства выбранное исследование. Технический результат: расширение технических возможностей, упрощение и ускорение операций. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 19 ил.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по отношению общей длины следа маятникового скрайбирования к длине лунки отскока // 2539116

Изобретение относится к методам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки упругих и пластических (далее - упругих) свойств нескольких разных материалов, в том числе с близким модулем упругости. Сущность: осуществляют однократное нагружение материала индентированием методом маятникового скрайбирования, измеряют результаты скрайбирования, устанавливают взаимосвязь измеренных результатов с исследуемыми физико-механическими свойствами материалов и прогнозируют эксплуатационные свойства сравниваемых материалов. Реализуют режим маятникового скрайбирования, при котором индентор в начале взаимодействия с образцом формирует на его поверхности лунку отскока. Измеряют общую длину следа скрайбирования и длину лунки. Определяют отношение общей длины следа к длине лунки и по величине отношения судят о физико-механических и эксплуатационных свойствах материала. Технический результат: упрощение способа оценки физико-механических свойств материала при маятниковом индентировании, а также прогнозирование эффективности применения сравниваемых материалов в идентичных условиях эксплуатации за счет обеспечения возможности их ранжирования по величине измеряемого при контроле параметра. 2 ил., 2 табл.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по длине между лункой и основной частью следа индентора при маятниковом скрайбировании // 2539725

Изобретение относится к методам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки упругих и пластических (далее - упругих) свойств нескольких разных материалов, в том числе с близким модулем упругости. Сущность: осуществляют однократное нагружение материала индентированием методом маятникового скрайбирования. Измеряют результаты скрайбирования. Устанавливают взаимосвязь измеренных результатов с исследуемыми физико-механическими свойствами материалов и прогнозируют эксплуатационные свойства сравниваемых материалов. Реализуют режим маятникового скрайбирования, при котором индентор в начале взаимодействия с образцом формирует на его поверхности лунку отскока. Измеряют в следе, оставляемом индентором, расстояние между лункой и основной частью следа индентирования и по нему судят о физико-механических и эксплуатационных свойствах сравниваемых материалов. Технический результат: упрощение способа оценки физико-механических свойств материала при маятниковом индентировании; прогнозирование эффективности применения сравниваемых материалов в идентичных условиях эксплуатации за счет обеспечения возможности их ранжирования по величине измеряемых при контроле параметров следа индентирования. 3 табл., 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по параметрам лунки отскока в следе индентора при маятниковом скрайбировании // 2543682

Изобретение относится к способам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки упругих и пластических (далее - упругих) свойств нескольких разных материалов, в том числе с близким модулем упругости. Сущность: осуществляют однократное нагружение материала индентированием методом маятникового скрайбирования, измеряют результаты скрайбирования, устанавливают взаимосвязь измеренных результатов с исследуемыми физико-механическими свойствами материалов и прогнозируют эксплуатационные свойства сравниваемых материалов. Реализуют режим маятникового скрайбирования, при котором индентор в начале взаимодействия с образцом формирует на его поверхности лунку отскока. Измеряют параметры лунки и по ним судят о физико-механических и эксплуатационных свойствах сравниваемых материалов. Технический результат: упрощение способа оценки физико - механических свойств материала при маятниковом индентировании, а также прогнозирование эффективности применения сравниваемых материалов в идентичных условиях эксплуатации за счет обеспечения возможности их ранжирования по величине измеряемого при контроле параметра. 5 ил., 2 табл.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по отношению длины лунки отскока к ее ширине в следе индентора при маятниковом скрайбировании // 2543683

Изобретение относится к способам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки упругих и пластических (далее - упругих) свойств нескольких разных материалов, в том числе с близким модулем упругости. Сущность: осуществляют однократное нагружение материала индентированием методом маятникового скрайбирования, измеряют результаты скрайбирования, устанавливают взаимосвязь измеренных результатов с исследуемыми физико-механическими свойствами материалов и прогнозируют эксплуатационные свойства сравниваемых материалов. Реализуют режим маятникового скрайбирования, при котором индентор в начале взаимодействия с образцом формирует на его поверхности лунку отскока. Измеряют длину и ширину лунки, определяют отношение длины к ширине и по величине отношения судят о физико-механических и эксплуатационных свойствах материалов. Технический результат: упрощение способа оценки физико-механических свойств материала при маятниковом индентировании, а также прогнозирование эффективности применения сравниваемых материалов в идентичных условиях эксплуатации за счет обеспечения возможности их ранжирования по величине измеряемого при контроле параметра. 5 ил.

Способ сравнительной оценки свойств материалов по отношению длины следа маятникового скрайбирования к его ширине // 2548057

Изобретение относится к способам оценки физико-механических свойств материала путем индентирования за счет приложения одиночного ударного усилия и может быть использовано для сравнительной оценки свойств нескольких разных сравниваемых материалов. Решение является способом для обеспечения возможности ранжирования (выстраивания в ряд) нескольких сравниваемых материалов по способности сопротивляться деформированию и разрушению при индентировании методом маятникового скрайбирования. Сущность: осуществляют индентирование методом маятникового скрайбирования, измерение результатов скрайбирования по параметрам деформации и разрушения поверхностных слоев исследуемого материала, установление взаимосвязи измеренных результатов с исследуемыми физико-механическими свойствами материалов, прогнозирование эксплуатационных свойств сравниваемых материалов по измеренным результатам скрайбирования. В следе, оставляемом индентором, измеряют длину и максимальную ширину следа скрайбирования, определяют величину отношения длины к максимальной ширине и по величине этого отношения судят о физико-механических и эксплуатационных свойствах сравниваемых материалов. Технический результат: упрощение способа оценки физико-механических свойств материала при маятниковом индентировании; а также прогнозирование эффективности применения сравниваемых материалов в идентичных условиях эксплуатации. 1 табл., 3 ил.

Способ определения профиля прочности материалов и устройство для его осуществления // 2548929

Изобретение относится к области исследования механических свойств материалов. Сущность: осуществляют нагрев поверхности образца и наносят резцом царапину на нагретую поверхность образца. В процессе царапания измеряют горизонтальную и вертикальную составляющие силы сопротивления разрушению нагретого образца резцом. При этом в процессе нагрева осуществляют измерения температуры образца в зоне нагрева и контакта резца с поверхностью образца и при необходимости регулируют температуру нагрева. Устройство для определения профиля прочности материалов содержит платформу для размещения по меньшей мере одного образца и измерительный блок, содержащий резец для нанесения царапины на поверхность образца, источник тепла для нагрева образца и средство для измерения температуры образца в зоне нагрева и контакта резца с поверхностью образца. Платформа для размещения образцов и измерительный блок выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга. Технический результат: повышение точности и эффективности определения механических свойств материалов за счет обеспечения возможности определения профиля прочности материала методом царапания при повышенных температурах исследуемого материала. 2 н. и 35 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.