Способ определения зоны пластической деформации под изломом в образце

Авторы патента:

Шайманов Григорий Сергеевич (RU)

Симонов Юрий Николаевич (RU)

Макарова Луиза Евгеньевна (RU)

Симонов Михаил Юрьевич (RU)

G01N3/28 - исследование пластичности, например при определении пригодности листового металла для глубокой вытяжки или выдавливания

Владельцы патента RU 2516391:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам определения в образцах после однократного ударного нагружения зон пластического деформирования под изломом, и может быть использовано для оценки изменения свойств в сталях вблизи развивающейся трещины, поэтапно или после разрушения образца, контроля причин разрушения изделия и при диагностике в технической экспертизе. Сущность: используют образец типа 15 по ГОСТ 9454-78, после разрушения образца однократным ударным воздействием по виду излома определяют степень вязкости исследуемого материала образца. Обе части образца делят по центру в направлении от поверхности излома вдоль длины частей образца. Исследуют зону пластической деформации под изломом и вглубь образца во вновь образовавшихся поверхностях в условиях плоскодеформированного состояния развития трещины, а в боковых поверхностях, параллельных вновь образовавшимся, в условиях плосконапряженного состояния, для этого в двух частях образца на исследуемые поверхности в направлении от поверхности излома по ширине и длине исследуемой части образца наносят отпечатки в виде дорожек индентором, причем величину нагрузки выбирают таким образом, чтобы деформация была преимущественно упругой, шаг между отпечатками и расстояние между дорожками были не менее трех диагоналей отпечатка. Определяют микротвердость в отпечатках, определяют границу зоны пластического деформирования по переходу, отделяющему уровень микротвердости в зоне пластического деформирования от уровня микротвердости недеформированной части и определяют зону пластического деформирования под изломом по формуле. В третьей части образца, на исследуемых поверхностях, проводят травление в травителе, выявляющем соответствующую микроструктуру в зонах пластического деформирования под изломом и в недеформированных участках в условиях формирования плосконапряженного и плоскодеформированного состояний соответственно. Четвертую часть образца используют в качестве резервной. Технический результат: обеспечение возможности комплексного исследования на одном образце всей зоны пластического деформирования под изломом, полученной в результате однократного ударного нагружения образца. 8 ил.

Известен способ определения глубины пластических зон под поверхностью излома (Г.В.Клевцов, Л.Р.Ботвина, Н.А.Клевцова, Л.В.Лимарь. Фрактодиагностика разрушения металлических материалов и конструкций. М., 2007 г., с.135-136), заключающийся в том, что исследуют одну половину образца с изломом после его разрушения. Для этого предварительно готовят шлиф на поверхности, расположенной нормально к поверхности излома. Удаляют с поверхности шлифа химическим травлением наклепанный слой, предварительно защитив излом от травления. Затем проводят последовательное рентгенографирование поверхности шлифа в направлении от поверхности излома вглубь образца. Перемещают шлиф относительно рентгеновского пучка с минимальным шагом, равным половине размера облучаемой области в направлении перемещения. О глубине пластических зон (зон пластического деформирования) судят по изменению ширины дифракционной линии или по размытию рефлексов при микропучковой съемке. При этом получают достаточное количество экспериментальных точек, необходимых для построения кривой: «ширина линии - расстояние от поверхности излома».

Недостатками известного способа являются: наличие погрешностей метода рентгеноструктурного анализа, т.е. погрешностей, связанных с расчетом ширины дифракционной линии, с шириной облучаемой области в направлении перемещения шлифа, с наличием градиента деформации материала в направлении съемки, со смещением шлифа от плоскости фокусировки дифрактометра, с выбором начала отсчета распространения трещины от поверхности излома вглубь образца. При этом выбор начала отсчета распространения трещины от поверхности излома вглубь образца связан с погрешностями графического нахождения точки перехода кривой: «ширина линии - толщина стравленного слоя на горизонтальное плато» при использовании линейных координат или точки перелома этой кривой при использовании полулогарифмических координат. К тому же химическое травление шлифа перед рентгенографированием поверхности привносит погрешности, связанные с выборочным вытравливанием структурных составляющих, с изменением напряженно-деформированного состояния исследуемого шлифа (сжатием, растяжением).

Поскольку съемку ведут пошагово, исходя из возможностей рентгенографического способа, то сложно определить границу распространенности пластического деформирования, площадь, занимаемую этой зоной и условия развития трещины (плосконапряженное (ПН) или плоскодеформируемое (ПД)).

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ оценки размеров зоны пластической деформации (Е.А.Кривоносова. Оценка размеров зоны повышенной пластической деформации при усталостном разрушении металла сварного шва. Ж. «Машиностроение, материаловедение» (Вестник ПНИПУ), том 14, №2, 2012 г., с.71-76), заключающийся в том, что для исследования изготавливают образец Шарпи ГОСТ 9458-78, тип 14. Разрушают его однократным ударным воздействием для получения двух частей из этого образца, фиксируют одну из частей в оправке. На кромку разрушения образца на расстоянии 0,1 мм от края излома наносят серию отпечатков индентором (на приборе ПМТ-3), с нагрузкой 5 г, с шагом 0,1 мм по длине трещины и с шагом 0,05 мм - перпендикулярно трещине. Определяют микротвердость в отпечатках зоны пластического деформирования на кромке разрушения образца. Исследования зоны повышенной пластичности проводят только на боковой поверхности образца, т.е. сформированной в условиях ПН состояния развития трещины методом микротвердости. Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - изготовление образца по ГОСТ 9454-78 для исследования; разрушение его однократным ударным воздействием с получением двух частей; приготовление микрошлифа; нанесение на исследуемую поверхность отпечатков под нагрузкой индентором с образованием дорожки из отпечатков по длине трещины и перпендикулярно поверхности излома с определенным шагом; определение микротвердости в отпечатках; определение глубины зоны пластической деформации.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он не позволяет получить точные сравнительные данные о микротвердости в исследуемой зоне и недеформированной части образца вследствие того, что исследования зоны повышенной пластичности проводят только на боковой поверхности образца, т.е. сформированной в условиях ПН состояния развития трещины методом микротвердости; при нагрузке индентирования - 5 г возрастает коэффициент вариации измеренных значений микротвердости и способ ограничен определением микротвердости под изломом только на кромке. Также недостатком является сложность способа из-за того, что материал для сравнения, т.е. недеформированный готовят в виде отдельного образца или используют характерное среднее значение микротвердости при оценке деформируемой зоны, взятое для этой стали из литературных источников; структурное состояние определяют также на других отдельных образцах в его исходном состоянии. Кроме того, определяют не всю зону пластической деформации (З.П.Д.), а только «зону повышенной пластической деформации», т.е. отдельно выбранные участки. Таким образом, оценку размера этой зоны проводят, ограничиваясь только данными двух участков поверхности: участка максимального упрочнения по глубине у вершины трещины и участка в месте ускоренного развития трещины, что снижает информативность исследования. Известным способом невозможно оценить качественно реально сформированную зону пластического деформирования, ее размера и площадь, а также установить границу раздела зоны пластического деформирования и недеформированного состояния исследуемого материала.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, повышение точности, информативности и упрощение способа.

Техническим результатом является обеспечение возможности комплексного исследования на одном образце всей зоны пластического деформирования под изломом, полученной в результате однократного ударного нагружения образца.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе определения зоны пластической деформации под изломом в образце, заключающемся в изготовлении образца по ГОСТ 9454 - 78 для исследования, разрушении его однократным ударным воздействием с получением двух частей, приготовлении микрошлифа, нанесении на исследуемую поверхность отпечатков под нагрузкой индентором с образованием дорожки из отпечатков по длине трещины и перпендикулярно поверхности излома с определенным шагом, определении микротвердости в отпечатках и глубины зоны пластической деформации, согласно изобретению в качестве образца для исследования используют образец типа 15, после разрушения образца по виду излома определяют степень вязкости исследуемого материала образца, затем обе части образца делят по центру в направлении от поверхности излома вдоль длины частей образца, исследуют зону пластической деформации под изломом и вглубь образца во вновь образовавшихся поверхностях в условиях плоскодеформированного состояния развития трещины, а в боковых поверхностях, параллельных вновь образовавшимся, исследуют в условиях плосконапряженного состояния, для этого на исследуемых частей образца изготавливают микрошлиф, в двух частях образца на исследуемые поверхности в направлении от поверхности излома по ширине и длине исследуемой части образца наносят отпечатки в виде дорожек индентором с одинаковой в пределах одной поверхности нагрузкой или в первой и второй частях образца для нанесения отпечатков на исследуемые поверхности выбирают разные нагрузки, причем величину нагрузки выбирают таким образом, чтобы деформация при индентировании была преимущественно упругой, шаг между отпечатками и расстояние между дорожками были не менее трех диагоналей отпечатка, определяют микротвердость в отпечатках, определяют границу зоны пластического деформирования по переходу, отделяющему уровень микротвердости в зоне пластического деформирования от уровня микротвердости недеформированной части и определяют зону пластического деформирования под изломом по формуле:

З.П.Д.=S/S₀,

где: З.П.Д. - зона пластического деформирования под изломом;

S - площадь, занимаемая пластическим деформированием под изломом после разрушения образца, развития трещины, у вершины трещины и т.д.;

S₀ - площадь исследуемой поверхности, в третьей части образца, на исследуемых поверхностях, проводят травление в травителе, выявляющем соответствующую микроструктуру в зонах пластического деформирования под изломом и в недеформированных участках в условиях формирования плосконапряженного и плоскодеформированного состояний соответственно, а четвертую часть образца используют в качестве резервной.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - используют в качестве образца для исследования образец типа 15; определяют степень вязкости исследуемого материала образца после разрушения образца по виду излома; делят обе части образца пополам в направлении от поверхности излома вдоль длины частей образца; исследуют зону пластической деформации под изломом и вглубь образца во вновь образовавшихся поверхностях в условиях плоскодеформированного состояния развития трещины, а в боковых поверхностях, параллельных вновь образовавшимся, в условиях плосконапряженного состояния; изготавливают микрошлиф на вновь образовавшихся поверхностях частей образца и боковых поверхностях, параллельных им; наносят в двух частях образца на вновь образовавшиеся и боковые поверхности в направлении от поверхности излома по ширине и длине исследуемой части образца отпечатки в виде дорожек индентором с одинаковой в пределах одной поверхности нагрузкой или в первой и второй частях образца для нанесения отпечатков на исследуемые поверхности выбирают разные нагрузки; выбирают величину нагрузки таким образом, чтобы деформация при индентировании была преимущественно упругой, шаг между отпечатками и расстояние между дорожками были не менее трех диагоналей отпечатка; определяют микротвердость в отпечатках; определяют границу З.П.Д. по переходу, отделяющему уровень микротвердости в З.П.Д. от уровня микротвердости недеформированной части; определяют зону пластического деформирования под изломом по вышеуказанной формуле; проводят в третьей части образца на вновь образовавшейся и боковой поверхностях травление в соответствующем травителе, выявляющем микроструктуру в зонах пластического деформирования под изломом и в недеформированных участках в условиях формирования ПН и ПД соответственно; четвертую часть образца используют в качестве резервной.

Использование для исследования одного образца, изготовленного по ГОСТ 9454-78 типа 15, на различных поверхностях его комплекса независимых методов исследования позволит упростить способ и повысить качество оценки состояния зоны, с измененными свойствами под изломом, т.е. зоны пластического деформирования.

Определение степени вязкости исследуемого материала образца после разрушения по виду излома позволит определиться с нагрузкой на индентор при последующем измерении микротвердости.

Деление обеих частей разрушенного образца вдоль длины, по центру с получением для исследования З.П.Д. из образца уже четырех частей позволит повысить точность предлагаемого способа и расширить его технологические возможности. В одном образце для исследования имеем: две поверхности излома, четыре поверхности, вновь образованные при разделении первых двух частей по центру вдоль образца, и четыре боковые поверхности, параллельные вновь образованным поверхностям.

Проведение исследований и оценка З.П.Д., сформированной как в условиях ПД состояния на вновь образованных поверхностях, так и в условиях ПН состояния развития трещины на боковых поверхностях частей образца, позволит также повысить точность предлагаемого способа и расширить его технологические возможности.

Предварительная подготовка всех исследуемых поверхностей (шлифовка и полировка) позволит упростить и ускорить процесс комплексного исследования зоны пластического деформирования в образце.

Нанесение в двух частях образца на вновь образовавшиеся и боковые поверхности в направлении от поверхности излома по ширине и длине исследуемой части образца, с полным охватом недеформированной части образца, отпечатков в виде дорожек индентором с одинаковой в пределах одной поверхности нагрузкой позволит получить данные о размерах и форме З.П.Д. и повысить информативность способа.

Для более точного определения границы З.П.Д. в первой и второй частях образца на исследуемые поверхности для нанесения отпечатков выбирают разные нагрузки. Это позволяет сравнить полученную информацию и уточнить геометрические параметры определяемой зоны.

Дорожки формируют из отпечатков с шагом между отпечатками и расстоянием между дорожками в зависимости от предъявляемой к методу точности определения параметров З.П.Д., но не менее трех диагоналей отпечатка.

Информация, полученная заявленным способом по двум частям образца, позволит с большой точностью провести непрерывную границу зоны пластической зоны, определить площадь, занимаемую этой зоной и недеформированной частью поверхности, в зависимости от вязкости исследуемого материала. З.П.Д. является критерием кинетики разрушения исследуемого материала, которую определяют из отношения S - площади, занимаемой пластической деформацией под изломом после разрушения образца, развития трещины, у вершины трещины и т.д, к S₀ - площади исследуемой поверхности.

Проведение в третьей части образца на вновь образовавшейся и боковой поверхностях травления в соответствующем травителе, выявляющем микроструктуру, дислокации и т.д. или и то и другое, локализуя участки травления в соответствии с данными, полученными ранее по микротвердости и излому, как в исследуемой зоне пластического деформирования, так и на участках с исходной, недеформированной структурой, позволит уточнить причину изменения материала под изломом, происходящую в процессе ударного воздействия на образец у вершины трещины, но и в зоне ее развития.

Использование четвертой части образца в качестве резервной позволит уточнить или сравнить качество исследований при проведении арбитражных оценок состояния материала, причин разрушения.

Этапы осуществления способа и варианты получаемых результатов представлены на фиг.1-8:

на фиг.1 показан образец, используемый в исследовании, выполненный по ГОСТ 9454-78;

на фиг.2 показано образование двух частей с изломом на торцевой поверхности после разрушения образца;

на фиг.3 показано получение четырех частей образца для исследования зоны пластического деформирования под изломом, сформированной в условиях ПН и ПД состояний в период развития трещины, а также определения степени вязкости излома и структурного состояния этих поверхностей;

на фиг.4 показана схема нанесения отпечатков индентором на исследуемую поверхность;

на фиг.5 показаны возможные варианты формообразования зоны пластической деформации под поверхностью излома в зависимости от вязкости образца;

на фиг.6 - схема распределения микротвердости по направлению вглубь образца от поверхности разрушения (под изломом);

на фиг.7 показаны зоны пластической деформации для образцов стали 09Г2С после закалки и отпуска 200°С и 600°С;

на фиг.8 представлены графики распределения микротвердости вне З.П.Д. и в З.П.Д. для закаленной и отпущенной стали 09Г2С.

Способ осуществляется следующим образом. Для исследования зоны пластической деформации в условиях плоской деформации изготавливают образец из металла типа 15 по ГОСТ 9454-78 (фиг.1). Проводят динамические испытания образца на маятниковом копре КМ-30. Исследуют части разрушенных образцов (фиг.2, фиг 3) с определением зоны пластического деформирования (З.П.Д.) под изломом. Для этого в обеих частях образца (фиг.2) вначале проводят исследования поверхности излома (поверхность А, фиг.2) для определения степени вязкости исследуемого материала (визуально, качественная оценка) для того, чтобы сориентироваться на втором этапе исследования: какую нагрузку на индентор взять при определении микротвердости, какие шаги в дорожках из отпечатков и расстояние между дорожками следует брать.

После этого обе части разрушенного образца разрезают по центру вдоль (по длине каждой части) на электроэрозионном станке Eco Cut фирмы Electronica (1, 2, 3, 4, фиг.3). Получают четыре части образца, в каждой из которых для исследования имеются вновь образовавшаяся поверхность (поверхности Б, фиг.3), в которой сформировалась зона с измененными свойствами (З.П.Д.) под поверхностью излома в условиях плоскодеформированного (ПД) состояния от вершины стартующей динамической трещины и вглубь, а также боковая поверхность (поверхность В, фиг.3), плоскопараллельная - к вновь образовавшейся поверхности, на которой З.П.Д. сформировалась в условиях плосконапряженного (ПН) состояния развития трещины.

Получают, кроме поверхности излома, дополнительно восемь поверхностей для определения З.П.Д. под изломом после разрушения образца. Для этого предварительно готовят поверхности: шлифуют и полируют их.

На двух из четырех частях образца проводят в каждом на обеих поверхностях (Б и В поверхности - вновь образовавшейся и боковой соответственно) исследования по определению границы З.П.Д. (фиг.7), площади, занимаемой этой зоной методом микротвердости (фиг.4). Для каждой части принимают постоянные параметры измерения микротвердости (нагрузку, шаг между отпечатками, расстояние между дорожками отпечатков).

Величину нагрузки берут исходя из того, что при выбранной нагрузке деформация материала образца должна носить в основном упругий характер, т.е. в пределах от 20 до 100 г., т.к. при нагрузке менее 20 г велик коэффициент вариации измеряемых значений микротвердости, а при нагрузке более 100 г деформация материала при индентировании носит в основном неупругий характер.

Полированные поверхности этих двух частей образцов подвергают испытаниям. Для этого от поверхности излома вдоль всей ширины и длины исследуемой части образца на поверхности под нагрузкой наносят отпечатки индентором Виккерса или используют автоматизированный твердомер Dura-Scan 70 фирмы Emco-Test рядами (фиг.4). Образуют дорожки из отпечатков с заданными шагом между отпечатками и расстоянием между дорожками.

Возможно в первой и второй частях образца для нанесения отпечатков на исследуемые поверхности выбирать разные нагрузки.

После этого измеряют микротвердость в каждом отпечатке. Выявляют границу З.П.Д. (фиг.7) по переходу, отделяющему уровень микротвердости в З.П.Д. от уровня микротвердости недеформированной части. Граница позволяет обнаружить степень распространения зоны под изломом, характеризующую степень вязкости исследуемого материала в зависимости от предыстории образца (термической, механической и других видов обработки и их влияния на трещиностойкость).

Затем рассчитывают площадь, занимаемую этой зоной. В сравнении с площадью недеформированной части поверхности получают критерий кинетики разрушения материала, что расширяет технологические возможности способа изначально, с учетом того, что с двух поверхностей (вновь образованных резкой образца по центру) двух частей получают точную информацию о З.П.Д., сформированной в условиях плоскодеформированного состояния, и соответственно с двух других (боковых) поверхностей получают значительно более точную информацию о З.П.Д., сформированной в условиях плосконапряженного состояния развития и разрушения этой же трещины. Выделяя границу раздела зоны пластического деформирования на фоне недеформированной части образца, получают картину в виде определенной формы. На фиг.5 представлены возможные формы З.П.Д., которые показаны в порядке уменьшения пластичности материала.

Третью часть образца исследуют путем травления обеих полированных (вновь образовавшейся и боковой) поверхностей с выявлением на них микроструктуры. При этом получают дополнительные сведения о структурном состоянии уже исследуемых методом микротвердости поверхностей первых двух частей образцов З.П.Д. и микроструктуре, выявленной на недеформируемой части поверхности.

Четвертую часть образца используют в качестве резервной для проведения параллельных исследований независимыми методами, позволяющими сравнить полученные данные.

Пример конкретного выполнения.

Для исследования зоны пластической деформации (З.П.Д.) в условиях плоской деформации (ПД) готовят серии образцов (тип 15) по ГОСТ 9458-78 с относительной длиной усталостной трещины λ=0,45 из листовой стали 09Г2 С (см. фиг.1). Проводят закалку (925°С, охлаждение - вода). Проводят отпуск при температурах 200°С, 400°С и 600°С, в течение 2 часов для каждой серии образцов.

Проводят испытание образцов на маятниковом копре КМ-30, которые приводят к мгновенному развитию трещин и разрушению образцов. При этом образцы делятся на две части (I и II, фиг.2), каждая из которых на одном из торцов имеет излом. Определяют характер излома (хрупкий, вязкий).

По этой оценке ориентируются параметры дальнейшего действия - нагрузки на индентор при определении микротвердости, шаг дорожки и расстояние между дорожками отпечатков.

Получают результат: образцы после отпуска 600°С разрушаются под динамическим воздействием как наиболее вязкий материал, а образцы, прошедшие отпуск 200°С - наименее вязкий (см. фиг.7, 8). Следовательно, отпечатки в дальнейшем наносят индентором Виккерса под постоянной нагрузкой 25 г с шагом в дорожках из отпечатков - 45 мкм и 30 мкм соответственно и расстоянием между дорожками - 100 мкм.

После оценки характера излома части разрушенного образца разрезают в направлении от излома к противоположному торцу через центр - т.е. пополам вдоль длины образца.

Образуется четыре части, в которых проводят комплексное исследование зоны пластического деформирования под изломом в этих частях образца, т.е. зоны, в которой протекают процессы диссипации подводимой энергии с упрочением материала.

Перед исследованием на вновь образовавшихся поверхностях от разрезания половинок образца и на боковых поверхностях, параллельных им, готовят микрошлиф.

На вновь образовавшихся поверхностях в двух частях образца (поверхности 1Б и 2Б, фиг.3) определяют зону пластического деформирования, сформированную в условиях плоскодеформированного состояния (ПД).

Наносят отпечатки на эти поверхности индентором Виккерса в направлении от поверхности излома к противоположному торцу, т.е. перпендикулярно поверхности излома, которые образуют дорожки (см. фиг.4). После определения микротвердости в каждом отпечатке на поверхности 1Б и 2Б, фиг.3, получают информацию о З.П.Д.: форма зоны пластического деформирования (фиг.7), ее геометрические параметры, распределение микротвердости в зоне (фиг.6).

Исследование микроструктуры проводили на поверхности 3Б.

Затем проводят на третьей части образца на аналогичной поверхности (3Б, фиг.3), что и при определении твердости, исследования структурного состояния ранее выявленных зон пластического деформирования по твердости (не показано).

По этим данным восстанавливают причинно-следственную связь величин твердости в З.П.Д. с наличием структурных изменений на фоне структуры, выявленной в недеформируемой части исследуемой поверхности (не показано).

Подбирают травитель и проводят химическое травление поверхности, не допуская разогрева ее, т.к. он приводит к искажению истинного состояния структуры, размера зерна (не показано).

По данным, представленным на кривых зависимостей «микротвердость - расстояние от поверхности излома по длине образца на исследуемой поверхности» (фиг.8), можно получить информацию об уровне микротвердости непосредственно под изломом и по мере удаления от излома вдоль длины и ширины исследуемой поверхности. Очевидно, что микротвердость увеличивается в зоне пластического деформирования с уменьшением вязкости материала (600°С-200°С), независимо от глубины З.П.Д. При этом глубина З.П.Д. уменьшается. Соответственно, с увеличением вязкости этого материала (400°С-600°С) глубина зоны З.П.Д. увеличивается.

Недеформированная часть поверхности имеет уровень микротвердости на кривых (фиг.8) в виде горизонтальной прямой. Конкретно для этой стали получили зависимости «температура отпуска - микротвердость»:

НV_{под изломом в кромке при 400°С} = НV_{недеформированной части при 200°С}, а

НV_{под изломом в кромке при 600°С} = НV_{недеформированной части при 400°С}.

Если продолжить эту закономерность, то при 800°С НV_{под изломом в кромке}= НV_{недеформированной части при 600°С} и т.д.

Относительно глубины З.П.Д. должно быть:

если при 200°С - 0,8 мм, при 400°С - 1,2 мм;

при 600°С - 2 мм, то при 800°С - 6 мм.

Таким образом, можно, имея каталог таких зависимостей, прогнозировать твердость в З.П.Д. стали после разрушения исследуемого материала и максимальную глубину деформирования З.П.Д., не испытывая сталь в полном объеме другими режимами термообработки.

Преимущества заявляемого способа состоят в том, что он позволяет:

- на одном образце проводить комплекс исследований для определения зоны пластического деформирования под изломом в образце;

- впервые проводить исследования, на одном и том же образце на разных поверхностях его, зоны пластического деформирования, получая информацию и о твердости этой зоны, и о границе ее распространения под изломом и о форме ее образования, степени вязкости, микроструктурном состоянии в ней и недеформированном участке, причем сформированной в плоскодеформированных условиях развития трещины или в условиях плосконапряженного состояния;

- расширить границы исследования, используя простые, доступные методы, уточняющие один другого;

- установить для исследуемой, контролируемой этим способом стали режим термообработки, величину зоны защиты материала от трещинообразования за счет увеличения вязкости термообработкой и дополнительного образования вокруг трещины в материале З.П.Д., приводящего к увеличению твердости материала в этой зоне по сравнению с недеформированной частью при ударном воздействии с образованием зоны наклепа. Двойной эффект, выявляемый заявляемым способом, позволяет однозначно определить причину разрушения стали по величине, форме этой зоны, по расчету отношения площадей деформированной и недеформированной частей на исследуемой поверхности, т.к., имея каталог этих значений, легко установить нарушения конструкционного или технологического характера в изделии. Чем более вязкий материал и больше зона наклепа, т.е. З.П.Д. при развитии трещины в материале, тем трещиностойкость его выше. Следовательно, в случае нарушения этой закономерности, выявленной заявляемым способом, становится очевидна причина «несвоевременного» разрушения изделия. К тому же, способ дополнительно подсказывает технологам-прочнистам, какую предварительную работу необходимо провести однократным ударным действием, чтобы до эксплуатации изделия провести наклеп на заданную глубину, защищающий изделия от трещинообразования и позволяющий минимизировать трещинообразование и развитие трещин в процессе эксплуатации изделий.

Способ определения зоны пластической деформации под изломом в образце, заключающийся в изготовлении образца по ГОСТ 9454-78 для исследования, разрушении его однократным ударным воздействием с получением двух частей, приготовлении микрошлифа, нанесении на исследуемую поверхность отпечатков под нагрузкой индентором с образованием дорожки из отпечатков по длине трещины и перпендикулярно поверхности излома с определенным шагом, определении микротвердости в отпечатках и глубины зоны пластической деформации, отличающийся тем, что в качестве образца для исследования используют образец типа 15, после разрушения образца по виду излома определяют степень вязкости исследуемого материала образца, затем обе части образца делят по центру в направлении от поверхности излома вдоль длины частей образца, исследуют зону пластической деформации под изломом и вглубь образца во вновь образовавшихся поверхностях в условиях плоскодеформированного состояния развития трещины, а в боковых поверхностях, параллельных вновь образовавшимся, в условиях плосконапряженного состояния, для этого на исследуемых поверхностях частей образца изготавливают микрошлиф, в двух частях образца на исследуемые поверхности в направлении от поверхности излома по ширине и длине исследуемой части образца наносят отпечатки в виде дорожек индентором с одинаковой в пределах одной поверхности нагрузкой или в первой и второй частях образца для нанесения отпечатков на исследуемые поверхности выбирают разные нагрузки, причем величину нагрузки выбирают таким образом, чтобы деформация при индентировании была преимущественно упругой, шаг между отпечатками и расстояние между дорожками были не менее трех диагоналей отпечатка, определяют микротвердость в отпечатках, определяют границу зоны пластического деформирования по переходу, отделяющему уровень микротвердости в зоне пластического деформирования от уровня микротвердости недеформированной части, и определяют зону пластического деформирования под изломом по формуле:
З.П.Д.=S/S₀,
где: З.П.Д. - зона пластического деформирования под изломом;
S - площадь, занимаемая пластическим деформированием под изломом после разрушения образца, развития трещины, у вершины трещины и т.д.;
S₀ - площадь исследуемой поверхности,
в третьей части образца, на исследуемых поверхностях, проводят травление в травителе, выявляющем соответствующую микроструктуру в зонах пластического деформирования под изломом и в недеформированных участках в условиях формирования плосконапряженного и плоскодеформированного состояний соответственно, а четвертую часть образца используют в качестве резервной.

Изобретение относится к методам тепло-прочностных испытаний конструкционных материалов преимущественно при прогнозировании и оценке работоспособности необлучаемых конструктивных элементов в атомной технике.

Способ исследования течения металла при горячей объемной штамповке изделий // 2506138

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано, в частности, при изготовлении поковок коленчатых валов горячей объемной штамповкой.

Способ испытания листового материала на пружинение и предельные параметры при вытяжке стакана с фланцем (варианты) // 2460985

Изобретение относится к листовой штамповке. .

Способ прогнозирования трещинообразования, устройство обработки, программный продукт и носитель записи // 2445601

Изобретение относится к способу прогнозирования трещинообразования для выделения участка опасности трещинообразования при осуществлении анализа деформации методом конечных элементов, устройству обработки и носителю записи.

Способ определения полосчатой структуры металла листового проката феррито-перлитных сталей // 2439169

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения. .

Способ испытания и оценки эффективности технологических смазок // 2437076

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Способ прогнозирования разрушения // 2434217

Способ испытания и оценки штампуемости листового проката // 2426979

Изобретение относится к технологическим способам испытания и оценки штампуемости листового проката. .

Способ прогнозирования разрушения // 2402010

Изобретение относится к способу прогнозирования разрушения тонкой пластины, выполненной из металлического материала, в качестве критерия определения разрушения в случае разрушения материала автомобильной детали, подвергнутой прессованию (штамповке).

Способ испытания и оценки эффективности смазывающих материалов при штамповке // 2400729

Изобретение относится к обработке металлов давлением. .

Способ испытания листовых материалов на растяжение // 2527671

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях одноосного растяжения в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности. Сущность: образец прямоугольной формы нагружают до разрушения эластичным пуансоном в жесткой щелевой матрице усилием, перпендикулярным плоскости образца. При испытании используют образец с шириной рабочей части, втрое превышающей его толщину. Определяют площадь поперечного сечения рабочей части образца в месте разрушения, на основании которой рассчитывают величину предельной пластичности его материала. Технический результат: возможность определить с высокой точностью и достоверностью характеристики механических свойств листовых материалов при одноосном растяжении. 1 ил.

Способ испытания образцов листового материала на растяжение // 2555217

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях плоской деформации. Способ испытания конструкционного листовых материалов на растяжение заключается в том, что по всей противолежащей рабочей части плоскости прямоугольного образца размещают антифрикционную прокладку, отбортовывают его края и устанавливают образец на оправку прямоугольного сечения, перед нагружением растягивающим усилием устанавливают на отбортованные края образца и оправку накладки, охватывающие торцы образца, а нагружение осуществляют через неотбортованные края образца. До начала испытания на периферии рабочей части образца формуют два продольных рифта, блокирующие деформацию образца по его ширине, нагружают образец до разрушения, измеряют толщину рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины, на основании которой рассчитывают величину предельной пластичности материала образца. Техническим результатом является повышение точности испытания путем исключения деформации по ширине рабочей части образца. 2 ил.

Способ испытания конструкционного материала на пластичность // 2555476

Изобретение относится к области механических испытаний конструкционных материалов и может быть использовано при определении механических характеристик листовых материалов в условиях плоской деформации. Способ испытания конструкционного материала на пластичность заключается в том, что гладкий плоский образец прямоугольной формы нагружают до разрушения сменным пуансоном полуцилиндрической формы в съемной щелевой матрице, устанавливают минимальный радиус гиба и толщину рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины, на основании которых рассчитывают величину предельной пластичности его материала. Техническим результатом является повышение точности испытания путем создания на рабочей части образца однородного деформированного состояния. 1 ил.

Способ построения диаграммы предельных деформаций листового материала // 2571183

Изобретение относится к листовой штамповке, а в частности к исследованию механических свойств листовых материалов для оценки их штампуемости, а также для использования в CAD/CAE-системах при компьютерном моделировании и проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки. Сущность: диаграмму предельных деформаций строят по относительному равномерному удлинению δр по ГОСТ 11701-84, затем вычисляют ординату ln(1+δр) первой точки диаграммы предельных деформаций, далее для модели линейного растяжения изотропного образца рассчитывают абсциссу -0,5ln(1+δр) этой первой точки, из построенной первой точки проводят отрезок прямой под углом 45° к оси ординат до пересечения с этой осью ординат во второй точке, третью точку получают с абсциссой и ординатой 2ln(1+δр), соединяют вторую и третью точки отрезком прямой, из третьей точки проводят отрезок прямой ε1=ε2 до четвертой точки с абсциссой и ординатой 3ln(1+δр), а отрезок прямой, проходящей через первую и вторую точки, продлевают влево до пятой точки с абсциссой -ln(1+δр). Технический результат: сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки, экономия листового материала за счет сокращения процента брака при отладке технологических процессов, а также значительное упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей, например кузовных деталей легковых автомобилей и другой техники. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ построения диаграммы предельных деформаций листового материала // 2591294

Изобретение относится к листовой штамповке, в частности к исследованию механических свойств листовых материалов для оценки их штампуемости, а также для использования в CAD/CAE-системах при компьютерном моделировании и проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки. Сущность изобретения: на полученный из листового материала образец наносят делительную сетку, образец испытывают, измеряют делительную сетку, рассчитывают наименьшую главную деформацию и наибольшую главную деформацию и по нанесенным на координатную сетку значениям деформаций по оси абсцисс и по оси ординат строят диаграмму предельных деформаций. Диаграмму предельных деформаций строят по относительному равномерному удлинению и коэффициенту анизотропии, приводимых в сертификате на листовой материал, по которым вычисляют отрицательную абсциссу и положительную ординату первой точки на левой половине диаграммы предельных деформаций. Из построенной первой точки проводят прямую под углом 45° к осям координат до пересечения с осью ординат во второй точке и получают левую половину диаграммы предельных деформаций. Третью точку на правой половине диаграммы предельных деформаций строят с абсциссой и ординатой из условия, что при испытании на двухосное растяжение образца полусферическим пуансоном или жидкостью интенсивность деформаций элементов вблизи места разрыва образца в 2 раза больше интенсивности деформаций элементов образца вблизи места разрыва при испытании на одноосное растяжение, известной для левой половины диаграммы предельных деформаций. Соединяют вторую и третью точки прямой и получают правую половину диаграммы предельных деформаций. Технический результат: сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки, экономия листового материала, а также значительное упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей, например кузовных деталей легковых автомобилей и другой техники. 2 ил.

Способ изготовления модельного образца для определения деформаций // 2616671

Изобретение относится к прокатному и кузнечно-прессовому производству при исследовании напряженно-деформированного состояния металла в различных процессах пластического формоизменения. На поверхности пластин одинаковых размеров из модельного материала выполняют риски треугольного профиля и собирают пластины в пакет. Перед выполнением рисок измеряют пористость заготовок для прокатного и кузнечно-прессового производства. Глубину рисок выполняют, увеличивая ее в направлении от периферийных зон к центру пропорционально этой пористости. Обеспечивается повышение точности измерений, снижение брака изделий при пластическом формоизменении заготовок. 2 ил.

Способ определения пластичности металлов и сплавов // 2617798

Изобретение относится к области механических испытаний и может быть использовано для исследования пластических свойств металлов и сплавов в зависимости от их напряженного состояния и, в частности, для определения поверхности пластичности материала в виде функции двух аргументов: показателя Лоде-Надаи и показателя «жесткости» напряженного состояния. Сущность: осуществляют изготовление образцов, проведение механических испытаний каждого из них до разрушения и определение по результатам испытаний значения показателей пластичности. Для проведения испытаний изготавливают партию плоских образцов с перемычкой, образованной пазами, направленными от боковых поверхностей образца к центру, причем угол наклона пазов каждого образца партии образцов по отношению к его вертикальной оси разный и находится в диапазоне от 0° до 180°. Проводят механические испытания каждого образца партии, по результатам которых определяют момент разрушения каждого образца, после чего проводят моделирование испытаний образцов в программе, основанной на методе конечных элементов, по которому определяют показатели пластичности образцов в момент их разрушения, определенный при механических испытаниях. Технический результат: разработка способа исследования пластичности металлов и сплавов, обладающего высокой точностью результатов, простого в осуществлении за счет сокращения номенклатуры специального испытательного оборудования, комплекта оснасток и специальных приспособлений, а также обладающего более высокими функциональными возможностями за счет обеспечения варьирования показателей жесткости напряженного состояния и Лоде-Надаи в широких диапазонах. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Способ испытания листовых материалов // 2620781

Изобретение относится к листовой штамповке, частности к исследованию механических свойств листовых материалов для оценки их штампуемости, а также для использования в CAD/CAE-системах при компьютерном моделировании и проектировании формоизменяющих операций листовой штамповки. Сущность способа - осуществляют нанесение делительной сетки на заготовку из испытуемого листового материала, укладку заготовки в устройство, зажим края заготовки между матрицей и прижимом, формовку заготовки пуансоном до разрушения и построение точек на диаграмме предельных деформаций по результатам измерения делительной сетки после испытания. Из испытуемого листового материала отрезают заготовку с габаритными размерами, превышающими габаритные размеры имеющегося на прижиме рифта в плане. Под заготовку подкладывают технологическую прокладку таких же размеров, что и заготовка, из материала, показатели пластичности которого не ниже показателей пластичности испытуемой заготовки, а отверстие в технологической прокладке выполнено диаметром, меньшим диаметра пуансона. Контактирующие поверхности технологической прокладки и заготовки обезжиривают и между ними насыпают порошок типа канифоли. Перед формовкой между пуансоном и технологической прокладкой непосредственно над торцом пуансона внутри рифта в плане укладывают антифрикционную прокладку таких габаритных размеров, чтобы в процессе испытания технологическая прокладка касалась поверхности пуансона только через эту антифрикционную прокладку, при этом торец пуансона выполняют плоским с поднутрением и с закругленной по радиусу кромкой. На испытательной машине двойного действия с нижним приводом и двумя наружным и внутренним ползунами жесткий зажим края заготовки выполняют рифтом в плане по окружности, концентричной круглому контуру пуансона в плане, при ходе наружного ползуна вверх. Формовку заготовки до разрыва осуществляют дном вверх через антифрикционную прокладку и технологическую прокладку пуансоном при ходе внутреннего ползуна вверх. Технический результат: снижение трудоемкости, сроков и стоимости построения ДПД листовых материалов, сокращение времени и повышение качества проектирования технологических процессов и оснастки для листовой штамповки, получение экономии листового материала за счет сокращения процента брака при отладке технологических процессов, а также упрощение выбора листового материала и оборудования для листовой штамповки деталей. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения пластических свойств стержневых резьбовых крепежных изделий // 2622487

Изобретение относится к испытаниям материалов, а именно к способам определения пластических свойств крепежных изделий таких, как болты, винты и шпильки. Сущность: полноразмерный образец изделия в виде болта, винта или шпильки растягивают соосным нагружением, проводят регистрацию значений деформации, по которым вычисляют значения характеристик и судят о пластических свойствах изделия. Нагружение образца осуществляют до максимальной нагрузки и прерывают испытание после ее достижения с последующим разгружением образца и фиксированием значения его абсолютного остаточного удлинения, а далее вычисляют относительное равномерное удлинение (δp). В качестве расчетного участка с разметкой используют непосредственно резьбу изделия. Технический результат: упрощение процесса испытания, обеспечение возможности определения особо важной характеристики пластичности - относительного равномерного удлинения (δp), а также повышения точности и достоверности измерения остаточной пластической деформации крепежного изделия после воздействия максимальной растягивающей осевой нагрузки или в зоне разрушения после его разрыва (при определении локализованного относительного удлинения - δлок). 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Способ испытаний материалов для определения силовых параметров при получении полых заготовок обработкой давлением // 2625545

Изобретение относится к способам определения силовых параметров при получении полых заготовок произвольной геометрии обработкой давлением в лабораторных условиях. Сущность: осуществляют закрытое обратное выдавливание «базовой» полости, представляющей собой цилиндрическую полость диаметром dп=10 мм с плоским дном, в цилиндрической заготовке диаметром D=20 мм и высотой Н=30 мм. Перед выдавливанием «базовой» полости с использованием метода координатных сеток определяют деформированное состояние для конкретной полой заготовки и по форме очага деформации устанавливают его высоту Нпл под торцом пуансона, формирующего конкретную полую заготовку, и параметр Sкп, характеризующий поверхность контакта деформируемой заготовки с деформирующим инструментом в очаге деформации, указанные параметры определяют и для «базовой» полости с использованием зависимостей Нпл/dп=1,6-1,4(dп/D) и Rпл/dп=2-0,32(D/dп), где Rпл - радиус границы очага деформации. Термомеханические параметры выдавливания «базовой» полости Т - температура испытаний, Sp - рабочий ход пуансона, Vd - скорость рабочего хода пуансона устанавливают из условий теплового Тп/Тз=idem, где Тп - температура пуансона, Тз - температура заготовки, деформационного Sp/Hпл=idem, скоростного Vd⋅η/Hпл⋅σs=idem, где η - вязкость материала заготовки, σs - напряжение текучести материала заготовки, подобия процессов выдавливания "базовой» полости и получения конкретно исследуемой полой заготовки. Само деформирующее усилие при получении конкретно исследуемой полой заготовки определяют из зависимости Рп/Рб=(Sкп)п/(Sкп)б, где Рп и Рб - соответственно усилия деформирования при получении конкретно изучаемой полой заготовки и при выдавливании «базовой» полости, (Sкп)п и (Sкп)б - соответственно поверхность контакта деформируемой заготовки с деформирующим инструментом в очаге деформации заготовки при получении конкретно изучаемой полой заготовки и при выдавливании «базовой» полости. Технический результат: повышение точности определения силовых параметров при получении полых заготовок произвольной геометрии обработкой давлением в лабораторных условиях на стандартном испытательном оборудовании усилием до 100 кН; снижение трудоемкости экспериментальных программ по определению силовых параметров при получении полых заготовок произвольной геометрии. 3 ил.