Способ подготовки образцов из хрупких неметаллических материалов к испытаниям на одноосное сжатие Советский патент 1989 года по МПК G01N1/28 G01N3/08 

Нзобретение относится к испытаниям материалов на прочность при сжатии и может найти применение при иодготовке к испытаниям на одноосное сжатие цилиндрических образцов из хрупких неметаллических материалов типа нео)ганического стекла, ситалла или керамики.

и,ель изобретения повышение достоверности результатов испытаний путем снижения концентрации напряжения в торцовых зонах образца при его нагружении.

На фиг. 1 показан образец, размещенный в обоймах с опорами; на фиг. 2 - схема нагрева кро.мок.

Образец I из стекла марки ЛЖР-1 диа метром 10,0 мм (фиг. 1) размещен в обоймах 2 из стали 40Х. На торцах образца 1 установлены опоры 3, изготовленные из стали 40Х. На внутренних опорных кромках обойм 2 выполнены фаски 4 для снижения концентрации напряжения на боковой поверхности образца I по линии контакта кромки обоймы 2 при пластическом деформировании обоймы 2 и опоры 3 в процессе нагру- жепия обра:ша 1. Обойма 2 и опоры 3 закреплены па образце 1 при помощи клеевого состава, содержащего следующие компоненты, мае. %: эпоксидная смола ЭД-16-76,2;

4 СО

00 Х)

ю

либути. и ч оллт 8,Г); поличти.кмиипинмии Т.П; aiu TDii 7,6, На наружных тмрцопых K|IOMK;IX

КПЖДПЙ oOoMMliI 2 и ОПИрЫ .I ИМСКГГСЯ KO. lb

пластичные )ны 5. На обра.ми 1 ta- к| С11леиы темзп()е исгоры (не (.

Ра,чме;)ы образца I, (),i 2 и (люры Л выбраны R с оотвстсгпии г чминричеекнми формулами:

d - диаметр цилиндричегкслч) ()б1)аз(а I;

/. --ллина образца 1 (. W);

D -- наружн1,1Й лиаметр обоймы 2 (D ,М);

/.I - длина сборной системы ();

h - толщина oiiopi i 3 (,5гУ);

hi --- глубина ВКЛИ1К1НИЯ образца ( --0,);

Ь - толщина стенки полого цилиндра обоймы 2 (ft 1, U/);

I -- размер фаски 4 (/ 0,2(Xf());

Л1 - исходный зазор между боковой поверхностью образца 1 и обоймы 2 . (,1 мм);

Л2 - исходный заз1)() между торцом образца 1 и торцом оноры 3 (Л2 ,05 мм);

Р - глубина пластичной зоны 5 (Р- 0,19...0,).

( истема нагрева (фиг. 2) содержит од- новитковый водоохлаждаемый индуктор 6 ( -образной формы. Индуктор 6 выполнен в ЕИ1де м дной трубки с то. ициной стенки 2,5 мм и подключен к генераго|1у ТВЧ (не показан). Контроль температуры произнодят при помощи пирометра (не 1гоказан).

Пример. Предварительно перед установкой на образец 1 (фиг. I, 2) наружные сопрягаемые торцовые кромки закаленных обойм 2 и опор 3 подвергают иагреву до 1043...1073 К на глубину Р, составляющую 2,0 мм. Нагрев осуществляют токами высокой частоты с помощью г енератора ТВЧ мощностью 10 кВт. Частоту / питающего тока опреде.тяли нз уравнения

62000 „ 1„.и -1ц.

где Р - глубина nai реваемого слоя.

Для образна дпамет)ом 10 мм /- - 2,0 мм, частота /о;п 31000 Гц.

/1ля коит)оля г.чубины пластичной зоны Р несколько обойм и соо1ветствующих им опор ия серии обработанных разрезали в нескольких радкалы)ых направлениях, выполняли щлифы и определяли изменение структуры материала по изменению микротвердости от к юмки R глубину материала. Так, онытным путем были подобраны режимы нагрева. С. (ж 6 (ijiiir. 2) С j6- разной формы прп частоте oiir- 31()00 1 ц, излучаемой мощности 3 и минимальном зазоре между (ппуккфп.м и кро.мкои 5,5,.. 4,0 мм выдержка прсмепи ii|4i 104,..1073 К сосгав.тя.ча 12...15 : KoHipoii, гемпературы ocyiueciFKiH.iM ri ()И пи юмегра гипа «(. мотрич.

1

/1ля кромок иыб)ап.ч (об)аз11аи форма индуктора (i, поско/и.ку п)и гакой форме сппжается нерон щогг ь nepeipena кромок.

1ос,че о.чмаждепия H,I ипздуч :ii комнат ной те 1ператур|5| обоймы 2 и глощл 3 подвергали 1плифовке до шероховатости сонря- 1аем1 1Х поверхностей обоймы 2 и опоры 3 1,00...1,25 .мк.м. Затем закреп. 1Я.1и их на образце при помощи клеевого состава, ука10 запнпго выше. Для создания качес1венно11 склейки соединяемые элементы принуди телыю с помоп.1Ь.ю струбцин прижимали друг к другу с усилием 50...60 И на нремя поли меризации клея, кото|)ое при температуре

|г 290...295 К составляло 20...24 ч. Далее образцы помещали в термостат, где при 353 К их выдерживали в течение 8 ч, после чего остун али вмес те с термостагом.

Сбор11ую систему, включающую образец, 1, жестко закрепленный в обоймах 2 с

20 опорами 3, разместили между опорными плитами испытательной установки --- пресса (не показаны) и подвергали образец I испытанию на одн(х;сное сжатие до разруще иия. При этом определяли максимальное

значение характеристики временного со противления стекла MKP-I п)и одноосном к})атковременном сжатии.

В процессе нагружения происходи г рав номерное п асгическое деформирование опор 3 и обойм 2 за счет разгрузки их твер30 дых зон н кольцевых пластичных зонах 5. При этом напряжение в торцовых зонах образца I оказывается ниже, чем при использовании способа-прототипа, на 13.. 17%. Это происходит благодаря тому, что опоры и обоймы пластически деформируются прак35 тически равномерно.

При нагружении серии из 18 идентичных ()б)азцон существенно повысилась достоверность полученных результатов - разрушение o6i)a3UOB происходило только в рабочей зоне.

По сравнению с прототипом, предлагаемый способ подготовки образцов к испытаниям позволяет повысить достоверноегь ре зультатоз испытаний на одноосное кратковременное сжатие цилиндрических образцов

5 из .хрупких высокопрочных металлических материалов за счет снижения концентрации k напряжений в торцовых зонах образца и возможности, практически равномерного пластического деформирования силопере- дающих элементов - опор и обойм - путем

50 создания кольцевых пластических зон на торцах силопередающих элементов.

Значения предельной несущей способности образцов нз технического стекла марки МКР-1 при кратковременных испытаниях на осноосное сжатие приведены в таблице

55

Формула и юбретвния

Способ подготовки образцов из хрупких ие.«, еталлических материалов к испытаниям

Па олноосиоо сжатие, включающий опера- jiMii HsroroB. ifHusi металлических обойм п виде 11().1ЫХ цилиндров II круговых опор, их закалку, шлифовку, вклеивание в каждую обойму с опорой торцовой зоны цилиндрического образца, совмг цая наружные горны каждой обоймы и соотнетствующей опоры в одной плоскости, отличающийся тем, что. с целью повы ления достоверности ре:1уль- татов испытаний путем снижения концент- рации напряжений в торцовых зонах образ

ца при его иаг ужснии. после операци лз- калки .H- кромкя сп||ряга мых ци- Л1 ;|дрически,х поверхностен к.-ждой м опоры подвергают индукционному narrieuy токами вь:сокой частоты дп томператг пы рекристаллизации на 1л;чб|1ну / , которую выбирают из соотношения

Р(0,19...0,21)-(У, I не d - диаметр цилиндрического образца.

Изобретение относится к испытаниям хрупких неметаллических материалов типа неорганического стекла, ситалла или керамики на прочность при сжатии, позволяет повысить достоверность результатов испытаний путем снижения концентрации напряжений в торцовых зонах образца при его нагружении. Для этого после изготовления металлических (стальных) обойм 2 в виде полых цилиндров и опор 3, их закалки осуществляют индукционный нагрев токами высокой частоты до температуры рекристаллизации наружных сопрягаемых торцевых кромок опор 3 и обойм 2 на глубину P=(0,19...0,21)D, где D - диаметр цилиндрического образца. Затем после шлифовки термообработанных сопрягаемых деталей, закрепления с помощью клеевого состава обойм 2 и соответствующих опор 3 на торцовых зонах цилиндрического образца 1 до совмещения наружных торцов обойм 2 и опор 3 в одной плоскости подвергают образец нагружению. При этом благодаря образованию наружных кольцевых пластичных зон 5 обеспечивают равномерное пластическое деформирование опор 3 и обойм 2, что позволяет при создании в образце 1 напряжений, близких к предельным, получить практически равнонапряженное состояние по длине его рабочей части. 1 табл., 2 ил.

Цилиндрический образец ( мм, ,0 мм), подготовленньй по способу-прототипуТакой же цилиндрический образец,подготовленный по предлагаемому способу (глубина пластичной зоны Р 0,20 ,0 мм)

1480

6,7

1710

5,0

5 J

сриР.2