Способ неразрушающего контроля качества деталей Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств изделий и может быть использовано для неразрушающего контро - ля качества деталей, преимущественно литых несущих деталей железнодорожного подвижного состава.

Известен способ контроля ответственных вагонных деталей путем испытания их на растяжение по эксплуатационной схеме приложения нагрузки. Он предусматривает проведение испытаний в области упругих деформаций при нагрузках, определяемых из расчета получения напряжения 157 МПа (16 кгс/мм2) в наиболее слабом сечении. Однако он не дает исчерпывающей характеристики прочности деталей, а следовательно их работоспособности при упругопластических деформациях, имеющих место в условиях перегрузки при эксплуатации.

Известен также способ неразрушающе- го контроля качества деталей, по которому эталонную деталь подвергают статическому нагружению за пределом упругости, разгружают эталонную деталь и измеряют ее остаточную деформацию, нагружают аналогично все остальные детали и об их качестве судят путем сравнения остаточной деформации с остаточной деформацией эталонной детали. Однако область его применения ограничивается контролем деталей из точного профиля проката С незначительным рассеянием механических свойств е пределах выборки. У литых деталей сложной конфигурации режим уп- ругопластического деформирования опрех|

ю

о о

00

ел

деляется влиянием многих факторов (разно- стенностью, степенью дефектности, механическими свойствами металла и пр.), в связи с чем имеет место большое рассеяние остаточной деформации, что затрудняет прогнозирование ресурса деталей.

Наиболее близким по технической сущ норти к разработанному техническому решению является способ йеразрушающегб контроля качества деталей, по которому при нагружении эталонной детали измеряют работу ее упругопластического деформирования, а остальные детали нагружают исходя из условия затраты указанной работы и о их качестве судят путем сравнения остаточной деформации с остаточной деформацией эталонной детали. Этот способ позволяет при оценке качества деталей учитывать упругоп- ластические свойства, однако, как и предыдущий способ базируется на оценке качества по величине остаточной деформаций. Кроме этого он требует определения работы упругопяастического деформирования, затрачиваемой выше нагрузки предела упругости, тогда как величина нагрузки прё- дела упругости является условной характеристикой и устанавливается по допуску на остаточную деформацию. При неравномерности распределения пластической деформации, имеющей место в литых деталях, часто бывает трудно выделить какую-то на- иболее нагруженную зону, по которой определяется величина предела упругости. .

Существенное значение для эксплуатации представляет трудность точного изме- рения малых упругопластических деформаций в условиях массового производства; что характерно для данного технического решения. И, наконец, известное техническое решение не предусматривает оценку годности литых несу- щих деталей по усталостному параметру применительно к реальным условиям эксплуатации.

Целью изобретения является повышение точности при контроле литых деталей путем снижения погрешностей, .связанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния. Ожидаемый положительный эффект от использования изобретения образуется за счет Снижения трудоемкости операций контроля и уменьшения параметра отказов деталей в эксплуатации

Поставленная цель достигается тем.что в отличие от известного способа нагруже- ние эталонной детали, осуществляют усили- ем, превышающим в 1,1-1,4 раза величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, в качестве параметра упругопластического деформирования определяют ее общую деформацию в направлении приложения нагрузки, а при нагружении деталей определяют значения максимальных статических нагрузок, с учетом которых судят об усталостном параметре годности.

Существенность отличительных признаков изобретения подтверждается следующим. Сопротивление усталости литых несущих деталей зависит от концентрации напряжений в окрестности вероятных литейных дефектов. При нагружечии деталей в области упругих деформаций величина статической нагрузки не коррелируется со степенью опасности дефекта как концентратора, потому по ее значению нельзя судить об усталостном параметре годности. Однако в случае нагружения детали выше нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, в окрестности концентраторов возникают остаточные пластические деформации, которые при разгрузке детали формируют остаточные напряжения обратные по Знаку напряжениям от внешней нагрузки. Чем опаснее дефект, как концентратор, тем выше в его окрестности будет величина остаточных напряжений обратного знака, Следовательно, при упругопластиче- ском деформировании детали по эксплуатационной схеме нагружения проявляется избирательность снижения суммарных напряжений в местах расположения литейных дефектов.

На поддерживающих балочках автосцепки из стали 20ФТЛ определяли влияние предварительного статического нагружения в области упругопластических деформаций на сопротивление усталости при циклическом поперечном изгибе с коэффициентом асимметрии 0,29 на базе 5-Ю6 циклов. Испытаниям подвергались две партии бало- чек: практически бездефектные и с искусственно внесенными надрезами, вызывающими концентрацию напряжений с теоретическим коэффициентом концентрации (Z(. Статическое нагружени;е балочек производилось при значениях отношения максимальной статической нагрузки к нагрузке предела пропорциональности (Pmax/Рпц) равных 1,0: 1,1: 1,2; 1,3; 1.4и Т.5. Пределы выносливости определялись по результатам испытаний 6 деталей при каждом варианте упругопяастического деформирования и приведены Б табл. 1.

/ Они показывают, что в интервале значений Pmax/Рпц (1,0-1,4) наблюдается практически пропорциональное увеличение среднего значения предела выносливости Pr.N, a при Pmax/Рпц 1.4 приращение Рг.м заметно снижается. Это позволяет по значениям максимальных статических нагрузок в интервале 1,1 1.4 судить об устало . гпц

стиом параметре годности деталей.

Точность определения долговечности лить|х деталей по результатам испытаний на статическую .нагрузку оценивалась по вариации чисел до разрушения поддерживающих балочек автосцепки е краевым надрезом. Усталостные испытания проводились при одном режиме нагружения с максимальной нагрузкой цикла 110 кН и ко эффициентом асимметрии 0,29. Испытывались 5 партий деталей по 6 шт. в каждой, ртличавщимся между собой значениями Pmax/Рлц в интервале (1,0-1,4). Средние значения чисел циклов до разрушения Np, их среднеквадратичные отклонейия SNP, вариация ysip И доверительные граничные значения при вероятности 0,95 приведены в табл. 2; Результаты статистической обработки данных усталостных испытаний показывают, что при величине Pmax/Рпц 1,0 (вариант 1) имеет место существенное рассеяние чисел циклов до разрушения, характеризуемое коэффициентом вариаций УЫР 53,483%. Однако, уже при Ртах/Рпц и (вариант 2) коэффициент умр снижается до 20%. Такое различие объясняется тем, что литая деталь не обладает строгой геомет рической симметрией и однородностью структуры металла. При нагрузках близких к пределу пропорциональности из-за неравномерности напряженного состояния в окрестности некоторых дефектов остаточные пластические деформации могут не возникать и их влияние на снижение выносливости . останется прежним. Поэтому для повышения точности оп ределения усталостно- го параметра годности необходимо уменьшить влияние литейных дефектов за счет установления при статических испытаниях нижней границы отношения Ртах/Ртщ 1,1. В отличие от прототипа, предусматривающего статическое нагружение контролируемой детали до заданной работы упругопластического деформирования (варианты 6 и 7 в табл. 2), разработанное техническое решение обеспечивает меньшее рассеяние усталостного параметра годности. Кроме этого, разработанное техническое решение отличается меньшей по сравнению с прототипом трудоемкостью операций контроля, поскольку контролируемые параметры определяются непосредственно в процессе нагружения, тогда как в известном техническом решении работа упругопластического деформирования является рассчитываемым параметром и для ее

определения необходима регистрация процесса разгрузки.

Изобретение осуществляется следующим образом. Эталонная деталь, удовлетворяющая требованиям технических условий по отсутствию в наиболее напряженных зонах недопускаемых дефектов и соответствию геометрических размеров номинальным чертежным размерам, механические

свойства металла которой удовлетворяют марочным свойствам, подвергается статическому нагружению по эксплуатационной схеме приложения нагрузки до появления упругоплаетических деформаций. В процессе нагружения по диаграмме деформирования в координатах нагрузка - общая деформация определяются значения нагрузки предела пропорциональности (РПц). максимальной статическо.й нагрузки (Ртах)

при заданной отношении Pmax/Рпц из ин- . тервала 1,1 : РУах/Рпц и общей деформации (fmax) при нагрузке Ртах в направленим ее приложения. После статических испытаний эталонная деталь

подвергается усталостным испытаниям для определения устзлостного параметра годности, например, числа циклов до разрушения (Np). Статическое нагружение контролируемых деталей осуществляют аналогично эталонной детали по параметру упругопластического деформирования, за который принимается ее общая деформа-.

ция , с определением у контролируемых

деталей максимальной статической нагрузки и общей деформации в направлении приложения последней. По величине отклонения значения Ртах контролируемой детали от максимальной статической нагрузки эталонной детали, судят об усталостном параметре годности,

Пример конкретного выполнения. Партия надрёссорных балок из стали 20Л, соответствующих требованиям технических условий ОСТ 24.153,08-84, контролировалась по разработанному техническому решению с целью оценки их годности по усталостному параметру. В качестве эталонной детали испытывалась надрессорная балка, в наиболее напряженной зоне которой отсутствовали недопускйёмые литейные дефекты. При статическом нагружении эталонной детали по схеме поперечного изгиба за пределом упругости вертикальная нагрузка Рлц, соответствующая пределу

пропорциональности, составила 1360 кН, а максимальная нагрузка при значении отношения Pmax/Рпц 1,2 была равна Ртах 1630кН. В качестве параметра упругопластического деформирования определяли общий прогиб при нагрузке Ртах,

который составил для эталонной детали fmax 6,0 мм. При усталостных испытаниях эталонной детали по режиму со средней нагрузкой цикла 450 кН и амплитудной нагрузкой 250 кН ее долговечность составила 3,

циклов, что удовлетворяет усталостному параметру годности.

106

Контролируемые детали подвергали статическому нагружению аналогично эталонной

детали до общего прогиба fmax 6.0 мм. измеряемом в направлении приложения вертикальной нагрузки, при котором определяли значения максимальных статических нагрузок. Детали, у которых значения максимальных статических нагрузок превышали 0,9 Ртах эталонной детали, признавались соответствующими усталостному параметру годности

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств и может быть использовано для неразрушающего контроля качества деталей. Цель изобретения заключается в повышении точности при контроле литых деталей путем снижения погрешностей, связанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния. Сущность изобретения заключается в том, что подвергают статическому нагружению эталонную деталь усилием, превышающим в 1,1-1,4 раза величину нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, определяют в качестве параметра упругоп- лаетического деформирования ее общую деформацию в направлении приложения нагрузки, по величине последней аналогично эталонной нагружают контролируемые детали и определяют значения их максимальных статических нагрузок, с учетом которых судят об усталостном параметре годности. 2 табл. ел

Формула и з о б ре т е ни я

Способ неразрушающего контроля качества деталей, заключающийся в том, что подвергают статическому нагружёнию эталонную деталь за пределом упругости, измеряют параметр ее упругопластичеекого деформирования, по величине указанного параметра аналогично эталонной нагружают контролируемые детали и определяют усталостный параметр их годности, от л и- ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности при контроле литых деталей путем

Таблица Результаты усталостных испытаний поддерживающих балочек автосцепки из стали 20ФТЛ

- . ; : . . ... ; . . - ..., .Т-аб-л й ца 2 Результаты статистической обработки усталостных испытаний поддерживающих балочек

из Стали 2.0ФТЛ с краевым надрезом

снижения погрешностей, связанных с влиянием неравномерности их напряженного состояния, нагружение эталонной детали осуществляют усилием, превышающим в 1,Т-1,4 раза величину нагрузки, соответ ствующей пределу пропорциональности, в качестве параметра упругопластичеекого деформирования определяют ее общую деформацию в направлении приложения нагрузки, а при нагружении деталей определяют значения максимальных статических нагрузок, с учетом которых судят об устало- стном параметре годности..

Продолжение табл. 2

Продолжение табл. 2

SN1

п -1

iNf-J-(iff)

1-1

Продолжение табл. 2

- выборочное среднее квадратичное отiff)

клонение количества циклрв до разрушения;