Способ определения предела упругости материалов

Способ определения предела упругости материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к определению механических свойств материа30 20 Ю лов. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений за счет измерения параметра более чувствительного к появлению пластических деформаций. Для этого используют прозрачный индентор, между индентором и испытуемым материалом помещают оптические датчики локального давления (например, кусочки рубина). Давление в любой точке контакта определяют по смещению оптического спектра датчика под действием давления. Предел упругости определяют по параметрам точки перегиба на графике максимальное давление на площади контакта - корень кубический из величины нагрузки. 3 з.п, ф-лы, 1 ил. i (Л 2 J f / .(m) /

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

»

Щ ъ г(, p;.. »,; о

<13 „",,.13, 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY CBNQETEJlbCTB Y

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3937223/25-28 (22) 30.07.85 (46) 30.06.87. Бюл. 1Ф 24 (71) Институт физики высоких давлений им.Л.Ф.Верещагина (72) М.И.Еремец, А.М.Широков, А.E.Âàðôîëoìååâ и О.А.Красновский (53) 620.172.225(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 989379, кл. G 01 N 3/42, 198 1.

Авторское свидетельство СССР

Ф 171633, кл. G 01 L 1/04, 1964. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА

УПРУГОСТИ МАТЕРИАЛОВ . (57) Изобретение относится к определению механических свойств материавф

<9яи (б1) 4 G 01 0 3/00// G 01 N 3/40 лов. Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений за счет измерения параметра более чувствительного к появлению пластических деформаций. Для этого используют прозрачный индентор, между индентором и испытуемым материалом помещают оптические датчики локального давления (например, кусочки рубина). Давление в любой точке контакта определяют по смещению оптического спектра датчика под дейст<вием давления. Предел упругости определяют по параметрам точки перегиба на графике "максимальное давление на площади контакта — корень кубический из величины нагрузки".

3 з п ф-лы, 1

0696 2

55

f 132

Изобретение относится к физикохимическим исследованиям и может быть использовано при разработке Новых приборов и методов испытания материалов для определения их механических характеристик.

Цель изобретения — повьппение точности и надежности за счет использования более чувствительного к появлению пластической деформации параметра напряженного состояния материала.

На чертеже показан график в координатах "максимальное давление — корень кубический из величины нагрузки".

Способ реализуется следующим образом.

На исследуемую поверхность помещают оптические датчики локального давления, например, в виде порошка рубина микронных размеров, приводят в соприкосновение прозрачный индентор и исследуемый материал и прикладывают нагрузку. При каждой величине нагрузки с помощью сфокусированного лазерного излучения возбуждают R-линию люминесценции рубина { 3

= 694,24 нм) с площадки диаметром

3-5 мкм. Спектр люминесценции записывают с помощью схемы регистрации (монохроматор, ФЭУ, самописец).

По калиброванной зависимости положения R-линии от давления определяют величину давления в месте расположения датчика. Сканированием лазерного луча по площади контакта определяют распределение давления и тем самым максимальное давление на контакте (может быть измерен также и диаметр последнего). Далее строят график Pììê (F 1/3 ), находят точку отклонения от линейной зависимости и вычисляют предел упругости.

Пример. Определяли предел упругости для карбида вольфрама ВК-6.

В эксперименте использовали стандартный алмазный индентор НК-1 для измерений твердости по Роквеллу с радиусом закругления наконечника R =

= 0,27 мм. Испытуемый образец представлял собой шайбу диаметром 5 мм и высотой 5 мм. Между индентором и образцом ВК-6 помещали порошок рубина с размером зерна 1 мкм. Прикладывали нагрузку на индентор, записывали спектр люминесценции кусочков рубина, возбуждая его сфокусированным лучом Не — Cd лазера (441 6 нм). Запись спектров произ10

ЗО

45 водили при сканировании луча по области контакта с шагом 5 мкм, диаметр пятна луча лазера составлял

2-3 мкм. Пользуясь известной зависимостью длины волны R-линии люминесценции рубина от давления, определяли величину локального давления в точке записи спектра. Находили величину максимального давления н области контакта P""" прн данной нагрузке F, измеренной с помощью тензодатчиков. Например, при нагрузке F

= 85 Н максимальное давление в площади контакта равно Р " = 12 ГПа.

Наносили результаты измерений P и F на график в координатах "максимальное давление — корень кубический из величины нагрузки".

Увеличивали нагрузку и вновь повторяли перечисленные операции при каждой новой нагрузке. Результат измерений представлен на чертеже, кривая 1. Прямая 1 на чертеже соответствует условиям чисто упругой дефор- . мации, описываемой известным уравнением Герца. Как видно из сравнения линий 1 и 1, при значениях экспериментальнык параметров F 0,3 кг

1!Ь и P 5,5 ГПа наблюдается отклонение кривой 1 от линейной зависимости (точка перегиба). Эта точка соответствует появлению первых пластических деформаций.

Для определения предела упругости „воспользовались теорией упругости.

Согласно критерию Мизеса, пластическое течение должно начаться в области максимальных касательных напряжений, которая формируется в точке под центром сферического индентора на глубине 0,4 R. При этом сдвиговое напряжение имеет величину Г " 0,36 P где Р— давление в центре контакта, соответствующее в нашем эксперименте макс

P . Таким образом, точка перегимакс ба P = 5,5 ГПа соответствует

2,0 ГПа и предел упругости

2 = Р," /1,38 = 4 ГПа.

Определяли величину d при данной

F одновременно с измерением P

Например, при нагрузке F = 343 H диаметр контакта составляет d = 12 мкм.

Строили график в координатах "диаметр контакта — корень кубический иэ величины нагрузки". Результат предствален на кривой ? чертежа. Как видно, зависимость Й(Р ) менее чувст !ъ — К .P

Формула изобретения

Составитель И. Ходатаева

Техред А. Кравчук Корректор С.Черни

Редактор И.Слободяник

Заказ 2652/46

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

3 132069 вительна к появлению пластических деформаций, чем зависимость P" (Р ).

Отклонение зависимости d(F ) от ли1 нейной (линия 2 ) наблюдается при нагрузках, в несколько раз превышающих ту, при которой наблюдаются заметные проявления пластических деформаций в зависимости Р (F ).

Маке 4/3

Кроме того, отклонения зависимости

P """ (F ). от линейной после появ- 1Р ления пластических деформаций носят более резкий характер, чем отклонения зависимости Й(Г" ).

Иэ возможных оптических спектров (люминесценция, отражение, комбина- 15 ционное рассеяние, а в случае прозрачного объекта и поглощение) удобным в большинстве случаев является спектр люминесценции, как наиболее простой по способу возбужцения и ре- 2р гистрации. Среди интенсивных люминесцентов можно использовать, например, рубин, для которого существует надежная калибровка по давлению по сдвигу узкой бесфонной R-линии 25 о (,= 6942,4 А ), которую можно возбудить сфокусированным лазерным излучением в образце размером 1 мкм и легко зарегистрировать стандартными приемниками. 30

В качестве датчика локального давления могут быть использованы, например, параметры решетки стандартов давления, например NaC1 (рентгеновский метод).

1. Способ определения предела упругости материалов, заключающийся в 4р том, что внедряют индентор в поверхность испытуемого материала, ступен6 4 чато изменяя нагрузку, в месте контакта индентора и испытуемого материала регистрируют параметр напряженного состояния материала, строят график и с учетом координат точки перегиба на нем определяют предел упругости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, в качестве параметра напряженного состояния материала используют величину максимального давления на площади контакта при данной нагрузке, строят график в координатах максимальное давление — корень кубический из величины нагрузки" и определяют предел упругости по формуле мсикс где Р— ордината точки перегиба на графике, К = 1,38.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что используют прозрачный индентор, пропускают через него излучение оптической длины волны, между индентором и испытуемым материалом размещают датчик локального давления, регистрируют оптические спектры, по положению линий спектра определяют локальное давление в контакте и определяют максимальное значение давления.

3. Способ по пп.1 и 2, о т .л и ч а ю шийся тем, что в качестве датчика локального давления используют люминесцент с известной зависимостью длины волны максимума спектра люминесценции от давления.

4. Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю шийся тем, что в качестве люминесцента используют порошок ру бина.