Способ выявления растягивающих напряжений Советский патент 1992 года по МПК G01L1/00 

Изобретение относится к способам измерения сил/механических напряжений и может быть использовано в металлургии, в часть ости, для выявления внутренних рас- тягииающих термических напряжений в слитках непрерывного литья из алюминиевых сплавов.

.Известен оптический способ измерения напряжений, основанный на фотоупругости прозр иных материэ ое который осуществляют при нормальном падении лучей с помощью полярископов с кругсвой поляризацией и вращающегося анализатора или прямолинейно поляризованного ана- лизатора на два положения, затем осуществляют измерение при наклонном падении лучей по одному направлению в любой наклонной плоскости.

Недостатком указанного способа является необходимость изготовления фотоупругой модели и специальных полярископов, что ограничивает испйл ьзование способа в производственных условиях Использование способа ;,ля выявления остаточных внутренних термических напряжений практически невозможно:

Известен также способ измерения напряжений 1 ёТ|и лТШх Јзр ь1Шых шинах путем разрушения образцов.

Недостатком данного способа измерения напряжений является невозможность получения картины внутренних напряжений в образце по его сечению, поэтому этот способ также невозможно применить для , определения внутренних оста тбчн°ых термических напряжений

Наиболее Е лизким к предлагаемому по технической сущности является способ выявления поверхностных радиальных и концентрических растягивающих напряжений

2

ч|

&

ел

VJ

путем нанесения на поверхность изделия жидких металлов, в частности ртути.

Однако известный способ обеспечивает возможность оценки направления действующих растягивающих напряжений лишь на поверхности изделия. По направлению развития трещин на поверхности изделия можно выявить места растягивающих напряжений и их характер, но при этом исключается возможность определения величин внутренних напряжений, а тем более соотношений, между растягивающими и сжимающими напряжениями по сечению изделия Способ исключает возможность определения глубины распространения внутренних напряжений в изделии. Кроме того, при использовании известного способа искажается картина напряжений при вы- 4 явлении поверхностных трещин, так как при этом напряжения перераспределяются и меняется первоначальная картина распределения напряжений.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обнаружения внутренних напряжений и их интенсивности.

Выявление внутренних растягивающих напряжений предлагаемым способом обеспечивает возможность корректировки режимов скоростей литья непосредственно на производственном участке.

Предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает возможность выявления внутренних напряжений, которые возникают в результате резкого охлаждения при непрерывном литье слитков из алюминиевых сплавов, что дает достаточно точные результаты в производственных ус- лоьиях.

Необходимость выдержки жидкого металла на поверхности изделия в течение некоторого времени объясняется скоростью проникновения жидкого металла внутрь изделия. В качестве жидкого металла используют галлий, ртуть или сплавы этих металлов при температуре не ниже температуры их плавления. Это время выдержки называется инкубационным периодом. При времени выдержки изделия с нанесенным на него жидким металлом меньше инкубационного периода металл не успевает проникнуть в изделие и границы его проникновения в изломе не наблюдается. Если время выдержки соответствует инкубационному периоду, то жидкий металл проникает вглубь изделия и хорошо виден в изломе невооруженным глазом. Время выдержки, превышающее инкубационный период нецелесообразно, так как практически эесь жидкий металл за инкубационный период

внедряется в изделие и процесс останавливается.

Определить наличие и интенсивность внутренних растягивающих напряжений

можно только по излому, для чего изделие разрушают. Полную картину проникновения металла получают при условии разрушения )0чно по линии нанесения жидкого металла, поэтому необходимо наносить

жидкий металл полосой, ширина которой больше толщины разрушающего инструмента копра или пресса.

Осмотр излома дает1 четкую картину проникновения жидкого металла по месту

действия растягивающих напряжений. Наличие мест проникновения жидкого металла на изломе соответствует местам возникновения растягивающих напряжений. Таким образом устанавливается граница между растягивающими и сжимающими напряжениями

Измерение глубины проникновения жидкого металла позволяет выявить интенсивность растягивающих напряжений.

На основании измерений строится эпюра действия растягивающих напряжений (см. чертеж), на которой большей глубине проникновения жидкого металла соответствует большее напряжение,

На чертеже показана схема распределения внутренних растягивающих напряжений и поперечного излома круглого темплета, полученных в ходе эксперимента.

Предлагаемый способ выполняют в следующей последовательности: . изготовление темплетов из слитков;

нанесение жидкого металла, например галлия, на торцовую поверхность темплета, при этом температура окружающей среды не должна быть выше температуры плавления галлия:

выдержка при этой температуре, время которой определяется инкубационным пе- риодо м {инкубационный период определяется опытным путем);

механическое разрушение темплета, например на прессе, по линии нанесенного на поверхность жидкого металла; 0 осмотр излома, фотографирование {по необходимости);

замер глубины проникновения жидкого металл а:

построение эпюры и определение мест 5 возникновения и интенсивности растягивающих напряжений;

корректировка режимов скоростей литья слитков.

Пример Из круглых слитков 165- 300 мм сплавов Д16. Д1.АК6 и АМГЗ, отлитых

полунепрерывным способом, были вырезаны темплеты высотой 40 мм

На торцовую поверхность каждого тем- плета наносили полоски галлия в виде черты шириной 3-5 мм, проходящей через центр темплета. После выдержки темплетов при комнатной температуре (более 30°С) в течение 0,1-3 ч их подвергли разрушению на прессе 0,6 тс по полоскам галлия. Полученные изломы на темплетах были осмотрены и сфотографированы для выявления места и глубины проникновения галлия. По месту проникновения галлия были определены точки начала действия растягивающих напряжений, а по глубине определяли ин- тенсивность их действия.

В результате проведенных экспериментов было установлено, что местоположение точек начала растягивающих напряжений зависит от скорости литья и диаметров слитков. Максимальная интенсивность напряжений наблюдалась в центре и по параболическому закону убывала к краю темплета. Проведенный эксперимент полностью соответствует теоретическим представлениям о характере действия растягивающих напряжений.

Результаты эксперимента по определению времени выдержки жидкого галлия на

поверхности темплетов приведены в таблице.

Из полученных результатов следует, что инкубационный период для различных сплавов разный, поэтому время выдержки является критерием для определения глубины проникновения жидкого металла, а следовательно, и анализа мест возникновения и интенсивности растягивающих напряжений.

Формула изобретения Способ выявления растягивающих напряжений в металлах, включающий нанесение на поверхность образца жидкого металла, по изменению поверхностного слоя которого определяют наличие напряжений, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет возможности обнаружения внутренних напряжений и их интенсивности, жидкий металл наносят полосой по линии, проходящей через центр образца, выдерживают его в течение времени, равного инкубационному периоду, затем производят механическое разрушение образца по линии нанесения жидкого металла, подлине и глубине следа проникающего в образец металла определяют соответственно нали- -чие и интенсивность внутренних растягивающих напряжений в плоскости разрушения.

Изобретение относится к силоизмери- тельной технике и может быть использовано в металлургии для выявления внутренних растягивающих напряжений при непрерывном литье из алюминиевых сплавов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности обнаружения внутренних напряжений и их интенсивности Жидкий металл наносят на поверхность образца полосой по линии, проходящей через его центр, выдерживают в течение времени, разного инкубационному периоду, производят механическое разрушение образца по линии нанесения жидкого металла, а по длине и глубине следа проникающего металла определяют наличие и интенсивность внутренних растягивающих напряжений в плоскости разрушения. 1 ил 1 табл. ел С

Определение времени выдержки жидкого галлия не поверхности темплетов перед разрушением на прессе

fiffiS- 300

Q расюфемие

© - ;: v

/7j 0#e/#ti/Pt u : zff/wut