СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ Российский патент 1995 года по МПК G01N3/08 G01N3/24 

Изобретение относится к пластометрическим испытаниям металлов и может быть использовано при исследовании механических свойств упрочняющихся материалов, а именно при определении прочностных характеристик и, в частности, предела текучести материалов.

Известен способ определения предела текучести материалов, при котором цилиндрические образцы с отношением высоты к диаметру 1:2 испытывают на сжатие, определяют деформации образца, сжимающие нагрузки и по ним определяют предел текучести материала [1]
Недостатком данного способа является сложность испытаний ввиду необходимости использования тензометров, что ограничивает возможности использования способа. Кроме того, результаты испытаний имеют погрешность, так как при определении прочностных характеристик полагают, что в процессе нагружения возникает одноосное напряженное состояние, и определяемые напряжения при построении кривых упрочнения пропорциональны регистрируемому усилию осевого сжатия, величина которого искажается ввиду действия контактных сил трения между торцами и плитами испытательной машины. Практически в процессе осевой осадки образец утолщается и в нем возникает объемное напряженное состояние. Таким образом, использование способа приводит к получению некоррективных результатов со значительной погрешностью или требует сложной методики расчета.

Известен способ испытания на прочность при сжатии, по которому осаживают кольцевые образцы, по результатам испытаний строят кривые деформационного упрочнения [2]
Этот способ позволяет частично снизить отрицательное влияние внешнего трения между торцами образца и плоскими элементами, передающими усилие сжатия путем уменьшения площади торцевых поверхностей образцов, и тем самым повысить точность результатов испытаний.

Однако в процессе осевого сжатия кольцевого образца наблюдается утолщение его стенок, сопровождающееся увеличением наружного диаметра при неизменном внутреннем диаметре, которое приводит к увеличению площади торцевых поверхностей образца, и, следовательно, к увеличению внешнего трения. Кроме того, утолщение стенок кольцевого образца свидетельствует о возникающем в нем в процессе осевого сжатия объемном напряженном состоянии. Для вычисления напряжений в известном способе используют методику расчета для одноосного напряженного состояния, определяя их через параметр усилия осевого сжатия.

Это не позволяет получить результаты с достаточной степенью точности.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность результатов определения предела текучести материалов за счет определения напряжений через силовой параметр, характеризующий объемное напряженное состояние образца, и определяемый без погрешностей, связанных с влиянием внешнего трения между торцами образца и плоскими элементами, передающими усилие сжатия.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известном способе определения предела текучести материалов, по которому кольцевой образец нагружают сжимающими усилиями по торцовым поверхностям, определяют деформации образца и по ним предел текучести материалов, в образце размещают эластичный наполнитель и нагружают их одновременно, определяют внутреннее давление g наполнителя, а предел текучести К при сдвиге вычисляют по формуле
K , где
l ;
A + ;
B ;
C + , где h₀ начальная высота образца;
d₀ начальный внутренний диаметр образца;
D₀ начальный наружный диаметр образца;
d_i внутренний диаметр образца после сжатия на i-м этапе нагружения;
D_i наружный диаметр образца после сжатия на i-м этапе нагружения.

На чертеже показана схема испытания кольцевых образцов при определении предела текучести материала.

Кольцевой образец 1 с наружным диаметром D₀, внутренним диаметром d₀ и высотой h₀ заполняют эластичным наполнителем 2 в виде цилиндра диаметром d₀ и устанавливают в контейнер 3 с месдозой 4 для определения внутреннего давления наполнителя. Пуансоном осевого сжатия 5 поэтапно производят осадку кольцевого образца 1 с наполнителем 3 до высоты h_i. Замеряют внутренний диаметр d_i осажденного образца (наружный диаметр остается неизменным D_i D₀, т. к. осадка производится в контейнере). По прогибу пластины 6 местозы 4 определяют внутреннее давление эластичного наполнителя q в кольцевом образце. Затем строят кривую упрочнения К k(ε_i) для материала образца, определяя предел текучести при сдвиге k по формуле
K , где
l ;
A + ;
B ;
C +
П р и м е р. Для определения предела текучести при сдвиге К материала АМг-3М испытывались кольцевые образцы с наружным диаметром D_о= 120 мм, внутренним диаметром d_о 117 мм и высотой h₀ 7 мм с эластичным наполнителем в виде цилиндра диаметром d' 117 мм, выполненного из полиуретана СКУ-7Л (см. таблицу).

Полученные значения предела текучести при сдвиге k аппроксимируются функцией К 267,4 ε_i.

Использование: в области пластометрических испытаний металлов, при исследовании механических свойств упрочняющихся материалов, в частности при определении прочностных характеристик, а именно предела текучести материалов при сдвиге. Технический результат: повышение точности результатов определения предела текучести материалов за счет определения напряжений через силовой параметр, характеризующий объемное напряженное состояние образца, и определяемый без погрешностей, связанных с влиянием внешнего трения между торцами образца и элементами, передающими усилие сжатия. Сущность изобретения: в кольцевом образце 1 начальной высотой h перед его поэтапным нагружением осевыми сжимающими усилиями размещают эластичный наполнитель 2 и нагружают их одновременно. После сжатия образца до высоты h_i измеряют внутренний d_i и наружный D_i диаметры образца, определяют внутреннее давление наполнителя в кольцевом образце q и строят кривую упрочнения K = K[l_n(h/h_i)] для материала образца, определяя предел текучести при сдвиге K. 1 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ материалов, по которому кольцевой образец нагружают сжимающими усилиями по торцевым поверхностям, определяют деформации образца и по ним предел текучески материала, отличающийся тем, что в образце размещают эластичный наполнитель и нагружают их одновременно, определяют внутреннее давление q наполнителя, а предел текучести при сдвиге K вычисляют по формуле

где



h_о начальная высота образца;
d_о начальный внутренний диаметр;
D_о начальный наружный диаметр;
d_i внутренний диаметр образца после сжатия на i-м этапе нагружения;
D_i наружный диаметр образца после сжатия на i-м этапе нагружения.