СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА НА РАСТЯЖЕНИЕ Российский патент 2015 года по МПК G01N3/28 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях плоской деформации в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Известен способ [1] испытания образцов листового материала на растяжение, по которому 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.

Недостатком известного технического решения является невысокая точность проведения испытания образцов листового материала на растяжение в условиях плоской деформации, обусловленная деформацией образца, происходящей по его ширине.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности и достоверности испытания путем исключения деформации по ширине рабочей части образца.

Это достигается тем, что в способе испытания образцов листового материала на растяжение, согласно изобретению, до начала испытания на периферии рабочей части образца формуют два продольных рифта, блокирующие деформации образца по его ширине, за счет чего в процессе испытания в центральной зоне рабочей части образца происходит деформация только по длине и толщине образца, то есть реализуется однородное плоское деформированное состояние.

Способ осуществляют следующим образом. Из исследуемого материала изготавливают образец 1 (фиг.1). По всей противоположной рабочей части плоскости прямоугольного образца размещают антифрикционную прокладку 2 (фиг.2), отбортовывают его края и устанавливают образец на оправку 3 прямоугольного сечения, перед нагружением растягивающим усилием устанавливают на отбортованные края образца и оправку накладки 4, охватывающие торцы образца, которые крепят с помощью винтов 5, а нагружение осуществляют через неотбортованные края образца с помощью захватов 6.

До начала испытания на периферии рабочей части образца формуют два продольных рифта, блокирующие деформацию образца по его ширине, за счет чего в процессе испытания в центральной зоне рабочей части образца происходит деформация только по длине и толщине образца, то есть реализуется однородное плоское деформированное состояние. Измеряют толщину рабочей части образца t₀ и нагружают его до разрушения.

После испытания образец 1 снимают с оправки 3, измеряют толщину t рабочей части образца в месте разрушения и рассчитывают величину предельной пластичности ε_пр материала образца по формуле

$${\epsilon }_{пр}=\frac{2}{\sqrt{3}}\ln (t_0/t)$$ .

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность проведения испытаний образцов листового материала на растяжение в условиях плоской деформации и получить необходимые характеристики пластичности для оценки деформируемости листовых материалов при их обработке давлением.

Пример конкретной реализации способа

Испытания образцов листового материала на растяжение в условиях плоской деформации осуществляли на стандартной испытательной машине ГМС-50. Испытаниям подвергали три образца с длиной рабочей части L=150 мм, шириной рабочей части B=70 мм, выстотой отбортованных краев H=30 мм и толщиной 1,5 мм, изготовленные из алюминиевого сплава Д16 AM. Для уменьшения влияния сил трения по всей противоположной рабочей части плоскости образца размещали антифрикционную прокладку из фторопласта 4 толщиной 0,1 мм. Все образцы нагружали до разрушения.

Для проверки реализации в центральной зоне рабочей части образца условий однородной плоской деформации после испытания определяли деформации по предварительно нанесенной на образец фотоконтактным способом делительной сетке из системы пересекающихся окружностей диаметром d=2,6 мм. С этой целью на универсальном микроскопе УИМ-22 с точностью ±0,001 мм по обе стороны от образовавшейся трещины (по нормали к ней) измеряли наибольший a и наименьший b размеры ячеек деформированной делительной сетки. Измерения начинали с ближайшей к трещине целой ячейки, соседней с ячейкой, рассеченной возникшей трещиной. Главные деформации в плоскости листа рассчитывали по формулам

$${\epsilon }_1=\text{ln(}a\text{/d)}$$ ; $${\epsilon }_2=\text{ln(b/d) }\text{. (1)}$$

По установленным значениям главных деформаций определяли параметр вида деформированного состояния $$\alpha ={\epsilon }_2/{\epsilon }_1$$ .

Для каждого из испытанных образцов практически на всей длине рабочей части параметр α оставался примерно постоянным, а его величина не превышала 0,02, что свидетельствовало о том, что в исследованной зоне обеспечиваются условия, близкие к однородной плоской деформации.

Разрушение каждого из трех испытанных образцов происходило по центру рабочей части путем образования трещины, ориентированной по нормали к продольной оси образца, что также подтверждало, что при испытании реализуются условия однородной плоской деформации.

Предельная пластичность ε_пр материала равна интенсивности деформации ε_i, накопленной к моменту разрушения. В случае плоской деформации ε₂=0 и тогда

$${\epsilon }_{пр}={\epsilon }_i\frac{2}{\sqrt{3}}{\epsilon }_1.\text{ (2)}$$

Из условия пластической несжимаемости материала следует, что

$${\epsilon }_1=-{\epsilon }_3,\text{ (3)}$$

где ε₃=ln(t/t₀) - третья главная деформация. Из сопоставления соотношений (2) и (3) следует, что предельная пластичность

$${\epsilon }_{пр}=\frac{2}{\sqrt{3}}\ln (t_0/t)\text{ (4)}$$

Для установления предельной пластичности на рабочей части каждого из испытанных образцов измеряли толщину t вблизи места разрыва.

Независимое определение предельной пластичности ε_пр методом делительных сеток (расчет по формуле (2)) и по результатам измерения толщины рабочей части образца до и после испытания (расчет по формуле (4) дало практически одинаковые значения предельной пластичности, а ее значение, усредненное по результатам испытания трех образцов, оказалось равным 0,25.

Таким образом, представленные экспериментальные данные позволяют сделать заключение о возможности реализации с достаточной степенью точности предлагаемого способа испытания листовых материалов на растяжение.

Предлагаемый способ позволяет определить с высокой точностью и достоверностью характеристики механических свойств листовых материалов при растяжении в условиях однородной плоской деформации. Предлагаемый способ может быть использован, в частности, для установления предельной устойчивой деформации и предельной пластичности листовых материалов при растяжении в условиях плоской деформации, необходимых для построения диаграмм предельной формуемости материалов и используемых при проектировании технологических процессов обработки металлов давлением. Использование предлагаемого способа испытания позволит определять необходимые характеристики механических свойств листовых материалов, применяемых в различных отраслях промышленности, путем проведения испытаний в механических лабораториях промышленных предприятий и НИИ.

Источники информации

1. Авт. св. СССР 1820282, кл. G01N 3/28? 07.06.1993, БИ №21.

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 образцов листового материала на растяжение, по которому 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, отличающийся тем, что 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.