Способ исследования деформаций при кручении Советский патент 1992 года по МПК G01B5/30 

(Л

С

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов. Цель изобретения - повышение надежности. Это достигается за счет крепления метки 1, выполненной из пластичного материала, к образцу 2 в точках, размещенных с постоянным шагом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фс

и.г.1

VJ

ю

ю

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов на скручивание.

Известен метод испытания на скручивание проволоки из металлов и сплавов диаметром 0,14-10 мм. Перед испытанием образец зажимают в захватах и натягивают грузом, масса которого создает натяжение проволоки, равное 2% от ее разрывного усилия. Расчетная длина образца круглой проволоки устанавливается равной lOOxd (d - диаметр проволоки). По числу выдержанных скручиваний судят о способности металла к пластической деформации при кручении.

Недостатком способа испытания является то, что определяемое число оборотов до разрушения не является характеристикой степени деформации сдвига, соответствующей разрушению металла. Пластичность металла в указанном методе оценивается неинвариантной характеристикой.

Известен способ определения степени деформации сдвига при кручении цилиндрических образцов, при котором типографским способом печатают риску вдоль образующей на поверхности образца до испытания. При кручении образца риска поворачивается и в момент разрушения занимает положение винтовой линии с углом наклона к образующей образца «о-Предельная степейь деформации на поверхности образца подсчитывается по измерению угла % в месте разрушения по формуле Ap tgob. Измерение угла проводится с помощью инструментального микроскопа.

Недостатком известного способа является сложность и большая трудоемкость типографского способа нанесения риски и последующего измерения ее угла наклона после кручения испытываемого образца. Присутствующая технологическая смазка на проволоке затрудняет качественное нанесение риски и требует дополнительную обработку поверхности. С уменьшением сечения круглого изделия возрастает трудность нанесения риски строго по образующей. В зависимости от параметров окружающей среды испытываемого образца (температура, давление, химическая активность и т.п.) происходит частичное или полное удаление риски с поверхности.

Цель изобретения - повышение надежности результатов измерения деформаций по длине образца.

На фиг.1 показано крепление метки; на фиг.2 - метка после кручения; на фиг.З - схема вычисления длины винтовой линии L между витками.

Способ состоит в том, с целью повышения надежности, метку выполняют из пластичного материала и прикрепляют ее к образцу в точках , размещенных с постоян- ным шагом, а деформации поверхностных слоев определяют по формуле:

Е ln(1(cos а) или Е ln(L/h). где СЕ-угол наклона метки после испытания к образующей образца;

L - длина после испытания винтовой спирали, размещенная между двумя точками;

h - длина участка метки между двумя точками до испытания,

При этом с целью расширения эксплуатационных возможностей, метку выполняют из инертного к агрессивным средам материала вспомогательного образца на участке испытываемого образца длиной h.

В отличие от известного предлагаемый способ предусматривает до испытания образца крепление вспомогательного образца вдоль образующей первого. Затем производит совместное кручение образцов. В известном способе величину деформации определяют по углу наклона образующей, нанесенной до деформации на поверхности испытываемого образца, по формуле A tga, в предлагаемом способепо углу наклона вспомогательного образца к образующей испытываемого образца по формуле Е In(1/cos а) или подлине винтовой спирали L на участке основного образца длиной h с использованием формулы Е ln(L/h).

Способ осуществляется следующим образом.

Вдоль образующей испытываемого образца укрепляют метку - тонкое изделие из

легкодеформируемого и пластичного материала или из эластичного материала (тонкий резиновый шнур). Крепление пластичного материала (например, медной проволоки) по образующей испытываемого образца

можно осуществлять с помощью окружной совместной обмотки образцов тонкими нитками. Тонкий резиновый шнур укрепляют вдоль образующей в растянутом состоянии. На фиг.1 показано крепление метки 1 вдоль

боковой поверхности испытываемого образца 2. После кручения метка принимает форму пространственной винтовой линии (фиг.2), расположенной к образующей испытываемого рбразца в фиксированной области под углом а . Если обозначить расстояние между двумя витками h, то длину винтовой линии L между этими витками можно определить по формуле (фиг.З) L h/cosor.

На фиксированном участке длиной h справедливо следующее отношение текущей.длины винтовой линии метки к ее первоначальной длине h : L/h - 1/cosa. Крепление метки обеспечи- вает отсутствие при кручении окружного перемещения относительно боковой поверхности основного образца. В результате метка при кручении принимает форму пространственной кривой, которую получает образующая испытываемого образца.

Поскольку гипотеза о протекании деформации кручения только за счет сдвига на практике не реализуется (образцы изменят при кручении длину, диаметр), то можно ее представить как следствие деформации эле- ментарных (бесконечно малых) волокон, имеющих преимущественную осевую направленность. Формированию осевой волокнистости способствуют процессы изготовления образцов: прокатка, волочение. Элементарное волокно dz после кручения занимает положение отрезка dl с длиной dl dz/cosa. Истинная (логарифмическая) осевая деформация волокна равна

E ln() ln(1/cosa),

а если это выразить через конечные размеры вспомогательного образца - метки h, z, то Б ln(L/h).

Длина винтовой линии L на участке h может определяться с помощью штанген- циркуля после выпрямления вспомогательного образца.

Пример. Исследовали пластичность при кручении образцов диаметром 1,3 мм из стали 70 с временным сопротивлением разрыву 210 кгс/мм2. Испытания проводили при комнатной температуре и при отрицательной - 58°С. Охлаждающей средой слу- жил насыщенный раствор углекислоты в ацетоне. Расстояние между захватами скручиваемых образцов составило 280 мм (база испытания была выбрана с учетом длины холодильной камеры). Вдоль образующей стальной проволоки укрепляли отожженную медную проволоку диаметром 0,15 мм с помощью окружной намотки ниток вдоль длины основного и вспомогательного образцов с шагом 0,5-1,5 мм. Испытывали по четыре образца при каждой температуре. Количество скручиваний до разрушения при комнатной температуре составило 61, 75, 79,80, при отрицатель ной температуре-23, 32,39,42. Средняя величина шага проволоч- ной спирали после разрушения основного образца и средняя дисперсия определяется

как S

(h,--h)2

h-T

где п - количество шагов медной проволоки вдоль длины разрушенного образца; hi - длина 1-го шага, и для четырех образцов, разрушенных при комнатной температуре, составляет соответственно 4,80 и 0,34 мм2, а для образцов, скрученных при отрицательной температуре, - соответственно 12,48 и 16,11 мм2. Замер шага осуществляли штангенциркулем. Определение угла наклона медной проволоки с помощью инструментального микроскопа показало также большой разброс величины угла по длине образцов, скрученных при отрицательной температуре. При этом величина угла в месте разрушения исследованных образцов при обеих температурах существенно не отличается и составила 54°121, что соответствует деформации Ё 0,55. Минимальная величина угла наклона у четырех образцов, скрученных при комнатной температуре, составила 38°50 ( Емин 0,25), а у образцов, разрушенных при отрицательной температуре - 15° ( Емин 0,03), т.е. понижение температуры испытания приводит к увеличению неоднородности деформации по длине скручиваемых образцов.

Определение а по длине образца на инструментальном микроскопе по наклону медной проволоки и наклону образующей риски, нанесенной до испытания типографским способом, показало совпадение угла закручивания проволоки и риски на боковой поверхности испытываемого образца.

В сравнении с известным предлагаемый способ позволяет визуально определять характер распределения деформаций по длине образца. Для определения деформаций можно пользоваться замером не только углов, но и линейных размеров.

В сравнении с известным методом испытания на скручивание предлагаемый способ позволяет оценивать пластичность при скручивании инвариантной характеристикой по всей длине скручиваемого (скрученного) образца.

Предлагаемый способ реализуется с использованием существующего оборудования для испытания на скручивание.

Разработанный способ был использован при исследовании зависимости пластичности и однородности распределения деформаций по длине проволочных образцов при кручении от температуры испытания.

Формула изобретения

ками после испытания; h - длина участка метки между двумя точками до испытания.

Фиг. 2.

г$г

/I

Фиг.З