Способ определения физико-механических характеристик материала Советский патент 1988 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций, подвергающихся циклическому нагружению.

Цель изобретения - уменьшение затрат времени при расширении объема получаемых физико-механических характеристик материалов, работающих в условиях процессов с существенной величиной деформации ползучести.

На фиг. 1 изображена диаграмма мгновенного активного растяжения образца стали 40Х при 20°С; на фиг. 2 - диаграмма ползучести и возврата той же стали при

пряжения МПа в образце. Выдерживают образец под этим напряжением 50 мин, затем мгновенно разгружают до и регистрируют величину деформации еще в течение 60 мин. Третью и четвертую серию образцов вначале нагружают со скоростью 196 кг/с до напряжений МПа и МПа соответственно, выдерживают при этих напряжениях 50 мин, затем мгновенно разгружают до нулевого значения а 10 и продолжают регистрировать деформацию образцов еш,е 60 мин.

Результаты испытаний представляют в

опог- А Q виде диаграмм (фиг. и 2). На фиг. 1 изоб20 L, фиг. 6теоретические и факти- . ражена диаграмма мгновенного растяжения

ческие (сплошные линии) диаграммы мгно-.алк 40Х при 20°С (зависимость деформавенного активного нагружения стали 40Х. Способ осуществляют с использованием

соотношений нелинейной теории наследственной среды, имеющий вид

f ( ,, Т) б (t) +1 k (б , Т, t- t )б ( Т ). +fL(a,T,t-T)cT(T)dT,(1)

о

где f (е. Т) - мгновенная термомеханическая поверхность, которой соответствует серия диаграмм мгновенного растяжения; a(t) - напряжение, получаемое в процессе нагрузки за время t; Т - температура материала образца в момент времени t; (Т - напряжение; е - деформация,

т - текущее значение времени, а функции k и L представляют собой ядра ползучести и имеют следующий вид:

ции от напряжения, полученная при испытании первой серии образцов по известному способу). Общее вре.мя, необходимое для проведения экспериментов и получения тре20 буемых данных, 6440 мин. На фиг. 2 изображена диаграмма ползучести и возврата стали 40Х при 20°С (кривые I, 2, 3 соответствуют результатам испытаний второй, третьей и четвертой серии образцов). По полу25 ченнык результатам испытаний определяют зависимость деформации в образце в процес се активного начального напряжения и в процессах разгрузки и повторного нагружения с любым законом нагружения. Общее время, необходимое для получения требуемых дан30 ных, составляет 4338 мин. На фиг. 3 приведены такие диаграммы для стали 40Х. Методика определения этой зависимости, например, в процессе, когда скорость в периоды активного начального нагружения разгрузки и повторного нагружения соответ35 ствует ,8 кг/с, следующая (на фиг. 3 эта зависимость изображена кривой 2). По результатам испытаний второй серии образца ( МПа) устанавливают величины деформации образца при значении времени мин, мин, мкн. Дефор.чация sz (; :ндекс внизу указывает на номер серии образи.а) соответственно имеет следуюп.1ие значения: S2(1.i)0, e2(t2)0,5110 ; е2( 1з)-0,09-10 (на фиг. 2 точки А, Б и В). По зтим данным из резульki(o-. Т)

(I-TjTW ;

Ь(а,Т) ;.

(2)

Параметры ki, k2 и а соотношений (2) определяют, пользуясь диаграммами ползучести и возврата и диаграммами мгновенного растяжения. Вычисляя интегралы в уравнении (1) при условии (i const, Т -- const, i., где момент времени разгрузки, получают уравнение, описывгю- щее диаграмму ползучести

ki + k2

f(B,T) t --.

(3)

Пример I. Серию (4 шт) образцов (диаметром 5 мм) из стали 40Х нагружают со скоростью кг/с в течение 20 с лри 20°С. Регистрируют величину деформации. Результаты испытаний усредняют. Вторую серию образцов нагружают при 20°С с той же скоростью кг/с до заданного на

пряжения МПа в образце. Выдерживают образец под этим напряжением 50 мин, затем мгновенно разгружают до и регистрируют величину деформации еще в течение 60 мин. Третью и четвертую серию образцов вначале нагружают со скоростью 196 кг/с до напряжений МПа и МПа соответственно, выдерживают при этих напряжениях 50 мин, затем мгновенно разгружают до нулевого значения а и продолжают регистрировать деформацию образцов еш,е 60 мин.

5

ции от напряжения, полученная при испытании первой серии образцов по известному способу). Общее вре.мя, необходимое для проведения экспериментов и получения тре0 буемых данных, 6440 мин. На фиг. 2 изображена диаграмма ползучести и возврата стали 40Х при 20°С (кривые I, 2, 3 соответствуют результатам испытаний второй, третьей и четвертой серии образцов). По полу5 ченнык результатам испытаний определяют зависимость деформации в образце в процессе активного начального напряжения и в процессах разгрузки и повторного нагружения с любым законом нагружения. Общее время, необходимое для получения требуемых дан0 ных, составляет 4338 мин. На фиг. 3 приведены такие диаграммы для стали 40Х. Методика определения этой зависимости, например, в процессе, когда скорость в периоды активного начального нагружения разгрузки и повторного нагружения соответ5 ствует ,8 кг/с, следующая (на фиг. 3 эта зависимость изображена кривой 2). По результатам испытаний второй серии образца ( МПа) устанавливают величины деформации образца при значении времени мин, мин, мкн. Дефор.чация sz (; :ндекс внизу указывает на номер серии образи.а) соответственно имеет следуюп.1ие значения: S2(1.i)0, e2(t2)0,5110 ; е2( 1з)-0,09-10 (на фиг. 2 точки А, Б и В). По зтим данным из резуль5 татов испытаний первой серии образца .находят напряжение, соответствующее . )- 316 МПа; ffE2(l2} 324Mna; (1з) 1.80 МПа (на фиг. i точки Г, Д и Е). Аналогично по резул;угатзм испытаний третьей и четвертой серии образцов имеют

0 ез(и)--.п),5МО- ; вз(12)0,86-10- ; 8з(1з) 0, (t,).24 МПа; 83(1.2) 335,2 МПа; f з(1з)-306,7 МПа;

0

л2

.45- 0-2;64(t2) ,7i-iO- ;e4(t3) ,OI-10 (ti) МПа; f 64(12) 350 МПа: Г ft-,,, (1з) 335 МПа. В табл. i приведены зав.чсимости Q , , kj, k2 от напряжения.

Т а б л и ц а

б, , МПа оС

Ц 102

i 10

0,59 0,42 0,29

9,15 6,42 1,35

8,43 5,96 1,20

Определение координат других точек диаграммы зависимости деформации от времени получают аналогично координатам точки К. По предлагаемому способу определяют зависимости при нагружении образца IPI

23,6 кг/с (кривая 1, фиг. 3).

На кривой 3 (фиг. 3) изображена диаграмма зависимости е от а при более сложном законе нагружения, разгрузки и повторного нагружения, который задан табл. 2.

0 Пунктирной линией изображены диаграммы зависимости деформации от напряжения в .образце, полученные при испытании образцов по заданным законам нагружения. Расхождение результатов испытания обг разцов с результатами, полученными предлагаемым способом, составляет 0-10%.

Таблица 2

Изобретение относится к способам определения физико-механических характеристик материалов и может быть использовано для определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций, подвергающихся циклическому нагружению. Цель изобретения - уменьшение затрат времени При расширении объема получаемых физико-механических характеристик материалов, раб6таюш,их в условиях процессов с сущестйенМой величиной деформации ползучести. Способ заключается в том, что образцы, находящиеся в процессе нагружения под постоянным напряжением, разгружают до нулевого значения напряжения, регистрируют величину деформации образцов во времени, получая диаграммы ползучести и возврата, и по результатам испытаний судят о зависимости деформации образца от напряжения в нем при любом заданном законе нагружения и нагрева как в период активного начального нагружения, так и в периоды разгрузки и повторного нагружения. При этом используют ряд уравнений нелинейной теории наследственной среды, строят графики активного начального и повторного нагружения, разгрузки. 3 ил., 5 табл. с « (Л с ОС ос О5 4

Пример 2. Серию образцов диаметром 5 мм из сплава ЭЙ-437, каждый образец которой нагревают соответственно до 400, 500, 600°С, нагружают со скоростью кг/с до заданного напряжения в об- разцах (а 600МПа), выдерживают 100 мин а затем разгружают мгновенно до и еще в течение 20 мин регистрируют деформацию образцов. Аналогично испытывают образцы третьей, четвертой и пятой серий при возрастании напряжения в образцах до , 680 и 700 МПа.

Результаты испытаний табл. 3 и 4.

По результатам испытаний определяют зависимость деформации от напряжения в образцах при любых реальных процессах нагружения, разгрузки и повторного нагружения, и нагрева в пределах измене

приведены в

5

0

ния температуры О-600°С и напряжения 0.-720 МПа.

В табл. 5 приведены законы нагружения и нагрева и установленные предлагаемым способом физико-механические характеристики сплава ЭЙ-437.

Законы нагружения и нагрева образцов выбраны таким образом, чтобы в процессе их выполнения величина деформации ползучести в образце была значительной. Данные, приведенные в таблицах, показывают, что предлагаемый способ при меньших затратах времени обеспечивает определение физико-механических характеристик материалов при любых реальных законах нагружения и нагрева как в процессе активного начального нагружения, так и в процессах нагрузки и повторного нагружения.

Процесс активного нагружения

Таблица 5

1381364

ё МПа

300

,мпа

ЮО

10

Продолжение табл. 5

JJ:

20

40бй

фие.г

sot мин

Ю