Способ определения составляющих внутренних напряжений Советский патент 1993 года по МПК G01N3/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения упругих и пластических составляющих внутренних напряжений (ВН) в различных изделиях и заготовках конструкционного материала. Оно может также найти применение для выбора материала с достоверными свойствами, в котором ВН скомпенсированы, например, температурным воздействием.

В первую очередь способ распростра- nei- ия на однородный конструкционный матер нал. При неоднородном материале, наг ример в биметалле, ВН определяют в различных местах.

Известен способ определения составляющих ВН, заключающийся в том, что отбирают материал для эталона, изготовляют эталонный и контролируемый образцы, измеряют характеристики в упругой области деформирования при измерении деформации при определенном напряжении с образца из контролируемого материала, совмещают полученные характеристики и определяют составляющие ВН по величине отсеченной на оси ординат образцом из контролируемого материала относительно эталона. Операция по отбору материала для эта лона весьма трудоемкая и часто приходится ограничивать точность, т.е. повышать погрешность эталона, а иногда даже легче выплавить материал, регулируя контролируемый параметр, например температурный . коэффициент электросопротивления, с помощью скорости кристаллизации ил и времени выдержки.

Операция - измерение деформационной характеристики и особенно измерение деформации при определенном напряжении - ограничивает точность и повышает, трудоемкость. Совмещение характеристик осуществляют вручную, что также ограничивает точность.

1 ю

со

СА) О

ю

Целью изобретения является повышение точности определения составляющих

вн. :. ;: ./:;.; , V: - , ;:/.:,. -

Это достигается тем, что изготовляют из контролируемого материала один образец для испытания на растяжение и один образец для испытания на сжатие при чистовом режиме резанием соответствующих взаимной компенсации дефектов структуры поверхностного слоя от теплового и силового воздействия процесса резания, измеряют на них пределы текучести при растяжении и сжатии, а ВН определяют из уравнения

Овн - ( От.р - От.с),

где Овн - упругие и пластические ВН в контролируемом материале;. ;.

От.р - предел текучести образца при растяжении;

От.с - предел текучести образца при сжатии. .

Для определения упругих ВН образцы дополнительно стабилизируют до полного удаления неупругих ВН .

Ов.н.у (От.р.у От.с.у) 1

где От.р.у - предел текучести образца при растяжении после удаления в нем пластических ВН;

Отх.у - предел текучести образца при сжатии после удаления в нем пластических ВН;

Ов.н.у упругие ВН. ... Пластические ВН определяют из уравнения

Овн.п - Овн - Овн.у.(3)

Вычисляют достоверное значение предела текучести и определяют упругие ВН

0, I От.с.

Ов.н.у 2( От.д - OV.p)

Овн.у 2( От.д - OV.c) (6)

где От.д - достоверное значение предела текучести, которое представляют в уравнении (5, 6) с учетом знака, т.е. деформации растяжения (5) или (6).

На фиг. 1 изображены деформационные характеристики (ДХ) образцов из стали 1812С: I - эталонного из контролируемого материала по прототипу; II - из контролируемого материала, который содержит ВН сжатия; III - из контролируемого материала, который содержит упругие ВН растяжения;

ДХ Hi характеризует исходное состояние, т.е он содержит ВН пластические и упругие; ДХ2 - упругое состояние и упругие ВН, т.е. образец после стабилизации, удаляю5 щей пластические ВН.

На фиг. 2 изображена зависимость предела текучести (ПТ) стали 18Г2С от температуры. Температурные напряжения понижают ПТ при повышении температуры

Ю. относительно точки микроравновесия при минимальной потенциальной энергии 0 и повышают при понижении. Предлагаемый способ позволяет подобрать ВН растяжения Овн.у, которые скомпенсируют темпера15 турные упругие напряжения отр.у. При этом получим, что упругий предел текучести при растяжении равен пределу текучести при сжатии

Отр.у Отс.у.

20 Это свидетельствует о том, что вредные растягивающие ВН можно эффективно использовать, например, для компенсации внешней температурной нагрузки.

Обработка резанием сопровождается

25 тепловым и силовым воздействием, которое вызывает образование дефектов структуры, а также сжимающих и растягивающих ВН. Чтобы ограничить или исключить образование измененного поверхностного слоя и ВН

30 подбирают параметры режима чистовой обработки тела, которые не дают приращения частоты его предельных колебаний. Происходит взаимная компенсация силового и теплового воздействия. Так для стали 40X13

35 они составили: У 46м/мин, t 0,125 мм/см, S 0,09 мм/об. Резец из сплава Т15К6 без охлаждения.

Стабилизацию образцов и других объектив осуществляют традиционными способа40 ми. Выбор параметров режима определяют по прекращению приращения контролируемого параметра, например частоты собственных колебаний тела.

Знак минус в уравнениях (1, 2) означает,

45 что определяют ВН по реакции от внешних нагрузок, которые имеют обратный знак.

Разность пределов текучести, т.е. приращение напряжений по эффекту Баушин- гера при растяжении, а также при сжатии,

50 определяет величину ВН.

Определение достоверного значения предела текучести производится путем измерения абсолютной величины предела текучести при растяжении и при сжатии из

55

уравнения

гг. - I От.р. I + I От.с. От.д - ----Ј---(7)

Физический смысл уравнений (5. 6) заключается в том, что они основаны на использовании эталонного воспроизводимого Значения (ПТ) и одного из измеряемых ПТ материала при деформации., растяжении или сжатии. Учитывая, что оу.д является постоянной величиной для данного материала, его можно определить заранее и в будущем брать из справочника как константу. Это уменьшает трудоемкость и повышает точность определения ВН.

Приме р. Использован прокат отожженной стали 8Г2С.

Изготовлены простейшие образцы из первой заготовки с ВН сжатия: первый на растяжение №17К по ГОСТ 1497-73, второй на сжатие 016/16 мм. Из второй заготовки с; ВН растяжения также изготовлено два образца. Для удаления измененного поверх- постного слоя все образцы проточены при У 4бм/минд 0,125 мм/см, 5 0,09 мм/об. резцом из сплава Т15К6 без охлаждения.

На образце из первой заготовки измерен предел текучести Ог,Р 42,2 кгс/мм2, а i а втором образце OV.c -25,9 кгс/мм2, а ВН см.(1)

От.р -42,2+ 25,9 -16,3 кгс/мм2.

Стабилизированы все образцы отжигом /ля полного удаления пластических ВН.

Использованы параметры режима Т 540°С, t 170 мин, 120°С/ч до Т 400°С.

Измерены пределы текучести всех образцов.

На образце из первой заготовки, которая имела В Н сжатия

OV.р.у 39,8 кгс/мм, Ог.с.у 28,Т кгс/мм2;

сгв.н.у - (От.р.у - От.с.у) -39,8 + 28,1 -11,7 кгс/мм2;

ОЬ.н.п Овн Овн.у -16,3 + 11,7

О

-4,6 кгс/мм .

Достоверное значение предела текучести при деформации растяжения

Ог.д

I От.р. I + I Or.с. I

2

39,8+27,1 . , 2

-.-.-- 34 кгс/мм ;

(7т.д -34 кгс/мм деформации сжатия;

Овн.у 2( Ог.д - (7Г.р) 2(34-39,8)

-11,6 кгс/мм ;

Овя-.у 2( От.д - От.с) 2(-34 + 28,1)

-25,9 -11,8 кгс/мм2.

Аналогично определены упругие ВН из второй заготовки после стабилизирующего отжига

От.с.у 37,2 кгс/мм2, Or.р.у

30,8 кгс/мм ; Ствн.у -30,8 + 37,2 6,4 кгс/мм2 х

х{-(СТг.р.у-СГг.с.У)};

(Твн.у 2( оу.д -ov.y) 2(34-30,80 6,4 кгс/мм2;

ОЬн.у 2( От.д - ov.c) 2(-34 + 37,2) 6,4 кгс/мм . . Повышение точности ВН достигается в результате изготовления минимального количества простейших образцов без использования эталонов (в большинстве случаев одного образца), ликвидации вероятности разброса параметров и отступления от них, т.е. измерение достоверныхсвойств контролируемого параметра (оТд), максимальное .ограничение операций, использование стандартного оборудования и оснастки, а также методов испытаний для измерения контролируемого параметра.

Формула изобретения Способ определения составляющих внутренних напряжений з металлах, по ко- тэрому образцы металла подвергают деформированию растяжением, разгружают, регистрируют при испытании диаграмму напряжение-деформация и по пределу текучести при.растяжении Огр и параметрам петли гистерезиса на диаграмме судят о составляющих внутренних напряжений, о т л и ч а ю- ц| и й.с я тем, что, с целью повышения точности определения, дополнительно из исследуемого металла вырезают образцы для испытания на сжатие, при вырезке выбирают режим, соответствующий взаимной

компенсации дефектов структуры поверхностного слоя от силового и теплового воздействий процесса резания, определяют на дополнительном образце предел текучести при сжатии Ore, дополнительно подвергают часть исследуемых и дополнительных образцов стабилизации до .полного удаления

неупругих внутренних напряжений, определяют для этих образцов пределы текучести Отру и Стсу при растяжении и сжатии и определяют по результатам испытаний составляющие Овну и сгвнп внутренних напряжений по

соотношениям Овну - (ovpy + Отсу), сгвнп

ОЬн - Овну, ГДе Овн - ( OVp + Ore).