Способ испытания материалов на ползучесть Советский патент 1992 года по МПК G01N3/08 

Изобретение относится к способам исследования прочностных свойств материалов, а именно к способам исследования ползучести твердых материалов, и может быть использовано при изготовлении коллекторов тяговых двигателей электровозов для прогнозирования их долговечности, а также для оценки степени завершенности технологических формовок коллекторов в процессе их изготовления.

Известен способ исследования ползучести материалов, заключающийся в приложении к испытуемому образцу постоянной растягивающей нагрузки в течение длительного времени в условиях постоянной температуры и влажности с регистрации деформации образца в заданные моменты времени.

Недостатком данного способа является то, что определение попзучести регламентировано только для растяжения и не позволяет оценивать ускорения процесса ползучести от приращения температуры Т°

Известен способ исследования усадки материалов при различных температурах заключающийся в том, что образец комплектуют из листов испытуемого материала и шлифованных металлических прокладок, прикладывают к образцу постоянную нагрузку и температуру, регистрируя деформацию образца.

Недостатком данного способа является то, что в нем регламентируется только способ определения усадки текучести YI при нормальных температурах и YZ при повышенных температурах Этим способом не предусмотрено определение составляющей

|

4

О

О

усадки ползучести материала и ее ускорения от приращения температуры.

Известен способ исследования ползучести материалов, заключающийся в том, что образцы материала выдерживают при постоянной нагрузке и температуре в течение заданного времени, затем меняют нагрузку и температуру материала регистрируют деформацию и и скорость деформации ползучести и по результатам испытания двух образцов в разных режимах судят о ползучести материала

Недостатком этого способа являются большие неучтенные затраты времени для предварительной постановки и обработки серий опытов по определению физических постоянных п и Q испытуемого материэла, а также снижение точности за счет того, что моменты стабилизации ползучести для ряда материалов(например, коллекторных) нахо- дятся экспериментально с большими погрешностями из-за случайной дисперсии опытов и асимптотической пологости кривых ползучести и релаксации

Наиболее близким к изобретению по те, г.ической сущности и достигаемому результату является способ исследования ползучести материалов, включающий выбор вида аппроксимирующей зависимости ползучести материала ео времени выполнение серий изотермических опытов при различных температурах, определение искомого параметра ускорения протекающих процессов ползучести во времени по сдвигу экспериментальных кривых ползучести.

Недостатки этого способа-большие затраты времени,так как условие его справедливости и точности должно тщательно проверяться на прямых опытах с достаточно большим диапазоном изменения истинного времени. При применении способа могут возникать не однозначные результаты ввиду того, что не регламентируются процессы разогрева испытуемого материала и установки, а также режимы нагружения и связь начал отсчета времени в опытах

Цель изобретения - сокращение времени эксперимента для определения параметра ползучести при одновременном повышении воспроизводимости и точности результатов.

Указанная цель достигается тем, что испытывают два образца. Первый образец, имеющий вместе с испытательной установ- кой температуру Тх°, нагружают до полной нагрузки F и, поддерживая ее на постоянном уровне, регистрируют деформацию Yx (г) образца через заданные промежутки времени Второй образец помещают в предварительно разогретую до заданной температуры Тг° установку, нагружают полной сжимающей нагрузкой F и регистрируют время начала процесса разогрева образца Поддерживая нагрузку на постоянном уровне, регистрируют продолжительность разогрева Дтрг до достижения образцом и установкой стационарного температурного режима, при котором образец имеет ту же постоянную температуру Тг° От этой точки отсчета времени, являющейся началом глобальной расчетной оси времени, и дапее через заданные промежутки времени реги стрируются деформации усадки по/геучести образиа Yr (т) На найденную продолжи тельность разогрева Дгрг второго образца сдвигают начало отсчета времени процесса ползучести первого образца, совместив гем самым начало отсчетов времени в обоих опытах с об1цей глобальной расчетной осью времени

По зарегистрированным деформациям в глобальной расчетной оси времени определяют для каждого образца в отдельности угловые коэффициенты Кх и Кг и свободные члены ах и аг экспериментальных регрессий

Yx (г) ах -f Кх In т Yr (г)-- аг + Кг In т

По мере накопления в опытах новых экспериментальных значений усадок Yxft) и Yr (т) для намеченных моментов времени г при обработке их на ПЭВМ получают все новые значения ах, Кх и аг, Кг Опыты заканчивают, когда искомый показатель В термовременного масштаба,входящий в соотношение связи времен гх и тг

/1

(в

/ 1 Т°

I X

Тг°

))

и вычисляемый в каждом i-м шаге эксперимента по формуле

(Yr(r2)-Yr(n))(-)

mi /х г .

( ) ( Ух (г))(In г2 -TrlrTJ ;

будет отличаться от соседних шагов не более заданной допустимой относительной величины Ј, являющейся оценкой степени завершенности сходящегося эмпирического и математического процессов определения искомого показателя В

(((тг)

в

(W)M

в

где Y (n), Y (r) - усадки ползучести, вычисленные для моментов времени п и гг;

- , - - обратные абсолютные темпе- т° т2

I х I г

ратуры опытов по шкале Кельвина;

ах, аг - свободные члены регрессий; Гт , Т2 любые фиксированные точки времени на одной из линий регрессий.

Существенными -отличительными признаками предлагаемого способа являются приведение начала отсчета времени т в обоих случаях к общей глобальной оси отсчета времени, начало которой совпадает с точкой наступления стационарного температурного режима в опыте с повышенной температурой; определение времени окончания эксперимента по максимально допустимому относительному отклонению Јдруг от друга последовательно найденных эмпирически показателей термовременного масштаба В|.

Выполнение первого признака обеспечивает устранение влияния усадки текучести материала на величину деформации, так как за время, необходимое для установления стационарного температурного режима, усадка текучести заканчивается. Выполнение первого признака обеспечивает также и устранение температурной погрешности, так как образец и установка уже находятся в стационарном температурном режиме,

Выполнение второго признака устраняет значительную часть погрешности от дисперсии эксперимента и обеспечивает минимальные затраты времени эксперимента, так как отвечает теоретически точному условию об асимптотическом поведении случайной величины (B)i; обеспечивает повышение точности результатов, так как искомый параметр ползучести В находится из теоретически точного дифференциального уравнения кинетики накопления дислокационных дефектов в материале при его формовке и отвечает естественному физическому смыслу показателя В.

Способ осуществляется следующим об- разбм.

Испытывают два одинаковых образца из исследуемого материала. Если материал листовой, например, коллекторный изоляционный материал для межлгмельной изоляции, то комплектуют образец-пакет из десяти листов изоляции со стальными шлифованными прокладками МРЖДУ ними. Первый скомплектованный образец помещают

в рабочее пространство винтовой испытательной машины и прикладывают к нему расчетную сжимающую нагрузку F, включают стабилизатор нагрузки и регигл ратор де- 5 формации образца в функции от рр.емени Второй образец, скомплектованный точно так же как и первый, помещают в рабочее пространство испытательной машины снабженной термостатом-нагревателем, м

10 разогревают до требуемой температуры Тг°. Прикладывают к образцу такую же сжммзю- щую нагрузку, как и для первого образца включают стабилизатор нагрузки, стабилизатор температуры и регистратор деформа15 ции образца в функции от времени. Когде образец и установка прогреются до стационарного температурного режима с ной температурой Тг°, на диаграмме регистратора делается пометка времени ра

0 зогрвеа Лгрг. На эту величину при обработке результатов опытов сдвигаются отметки „.времени регистратора деформации первого образца. Накопляемые деформации ползучести

5 Yr (г) и Yx (г) обрабатывают на ПЭВМ или программированном калькуляторе методом наименьших квадратов по стандартной программе для полулогарифмической регрессии и получают два уравнения регрессии

0 для первого и второго образцов:

Yx (т) ах + Кх In r, Yr (r) ar f Kr In r.

По мере накопления в опытах новой ин- 5 формации о процессах ползучести повторяют ее обработку для расширенной выборки, получая все новые аг, Кг, ах, Кх и В. Опыты заканчивают, когда сходящаяся последовательность найденных В, завершится с при- 0 емлемой для экспериментатора относительной точностью Ј %.

Пример. Испытываются два образца из коллекторного электроизоляционного материала КИФЭ-А. Каждый образец со- 5 ставлен из 10 листов КИФЭ-А толщиной приблизительно 1,5 мм и 11 стальных шлифованных прокладок с параметром шероховатости Ra 1,25 и твердости НРС 50-55.

0 Первый образец испытывается при Т 25°С(298°К). Второй образец испытывается при 165°С (438°К). Рабочая сжимающая нагрузка для обоих образцов равна 10000 кГс (7сж 60МПа). 5

Эксперимент закончен при г 108 ч; Кг 4,33 Кх 2,46 аг 4,249 мм; ах 1,18 мм.

Находим

(YrCt2)-Yr(ri)(- ( В )з1 уг (г Х-(Т)) ( ,п Г2Х- ,ПГГ1 )

(1,9944-10-2)(-) 1 (3,945 ) (1л 100-In 1 ) 8492° К

1 31.

Отклонения (В)з1 от 29 шага эксперимента А % 2,45%, Отклонения В от точного значения А% 1,18% (в опыте с v 1000ч).

Следовательно, усадочные процессы ползучести при 1° 165°С (438°К) развиваются быстрее, чем при Т° 25°С (298°К), в

|0 9032 раза.

1х рК -Ь рв 9гао7 670 3

9032 раза,

или усадка ползучести при Т° 165°С, достигнутая за 108 ч, в опыте при Т° 25°С осуществится за время

..

111лет

Формула изобретения Способ испытания материалов на ползучесть, по которому два образца испытывают при одинаковых нагрузках и разных

температурах и измеряют деформации ползучести во времени, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности испытания, от счет вре- мени замера деформаций для обоих

образцов начинают с момента достижения стационарного температурного режима в объеме образца при испытании при повышении температуре, определяют параметр В, характеризующий скорость протекания

ползучести от температуры при каждом замере деформации, а испытания заканчивают при достижении равенства значений параметра В между последовательными замерами деформации.

Использование1 прогнозирование долговечности коллекторов тяговых двигате лей. Сущность изобретения, два одинаковых образца испытывают при одинаковых нагрузках и разных температурах Измеряют деформации ползучести во времени. Определяют параметр, характеризующий скорость протекания ползучести от температуры при каждом замере деформаций. Ог- счет времени замеров начинают с момента достижения стационарного температурного режима образца при испытании при повышенной температуре Испытания заканчивают при достижении равенства значений параметра В между замерами деформаций