Способ определения составляющих внутренних напряжений

Способ определения составляющих внутренних напряжений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГО

BE (Г (5!)5 G 01 N 3/00

УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ОМСТВО СССР

СПАТЕНТ СССР) = тай.яsip(gpÿàË @

ЙЯг —:, „ - цц йэт k

° т

- " -" = -,ф / я.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 4813999/28 (22 12.04.90 (46 07,02.93. Бюл, N 5 (75 П.К. Янышев (56 Авторское свидетельство СССР

N 177664, кл. G 01 N 3/00, 1982. (54 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮ ИХ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ (57 Изобретение относится к испытательно технике и может быть использовано для

onIIåäåëåíèÿ составляющих внутренних напряжений в металлах. Цель изобретения— по ышение точности определения указанны составляющих. Из исследуемого металла вырезают две группы образцов — для ис ытания нэ растяжение и на сжатие, При

I !

: Изобретение относится к измерительной технике и мо>кет быть использовано для определения упругих и пластических соста вляющих внутренних напряжений (ВН) в ра личных изделиях и заготовках конструкци нного материала, Оно может также найти,применение для выбора материала с достоверными свойствами, в котором ВН скомпенсированы, например, температурны4 воздействием.

В первую очередь способ распростране ) ия на однородный конструкционный материал. При неоднородном материале, наг)ример в биметалле, ВН определяют в различных местах.

Известен способ определения составлян щих ВН, заключающийся в том, что отби) ают материал для эталона, изготовляют эталонный и контролируемый образцы, измеряют характеристики в упругой области деформирования при измерении деформации при определенном напряжении собраз Ы„„1793309 А1 вырезке образцов на сжатие выбирают ре, жим, соответствующий взаимной компенсации дефектов структуры поверхностного слоя от силового и теплового воздействий процесса резания. Определяют предел текучести при сжатии (т .с. и предел текучести при растяжении or.p. Подвергают остальные образцы стабилизации до полного удаления неупругих внутренних напряжений, определяют для этих образцов пределы текуче-,, сти ктт.ру и OT.cy при растяжении и сжатии и определяют по результатам "испытаний составляющие овну и Овнп внутренних напряжений по соотношениям овну = — (+py +

+Жсу), твнп = Овн Овну где Oak = (%p+ Ас). ии

I» ца 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 эталона aecbMa трудоемкая и часто прихо- Ы) дится ограничивать точность, т.е. повышать (л) погрешность эталона, а иногда даже легЧе О) выплавить материал, регулируя контролиру- сО емыи параметр, например температурный ... коэффициент эпектросопротиеяения, с помощью скорости кристаллизации или 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.

1793309

0вн = (Or.ð Ol.с) lO l+lO . I

Целью изобретения является повышение точности определения составляющих

ВН.

Это достигается тем, что изготовляют иэ 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 где (7вн — упругие и пластические ВН в контролируемом материале;

or.p — предел текучести образца при растяжении; (тт.» — предел текучести образца при сжатии, Для определения упругих ВН образцы дополнительно стабилизируют до полного удаления неупругих ВН

Ов.н.у = — (Oj.р.у Oj..ñ.ó) (2) где or.p.y — предел текучести образца при растяжении после удаления в нем пластических ВН; от.с.у — предел текучести образца при сжатии после удаления в нем пластических

ВН; (тв,н.у упругие ВН.

Пластические ВН определяют йз уравнения вн.п = Овн Osv.у (3)

Вычисляют достоверное значение предела текучести и оп ределя ют уп руги е В Н

0 в.н.у = 2(Or.д — Or.р) (5) СГвн.у = 2(CFr.д — Or.с) (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: — эталонного из контролируемого материала по прототипу; П вЂ” из контролируемого материала, который содержит ВН сжатия; Ш вЂ” из койтролируемого материала, который содержит упругие ВН растяжения;

ДХ ll > характеризует исходное состояние, т.е он содержит ВН пластические и упругие; PXz — упругое состояние и упругие ВН, т.е. образец после стабилизации, удаляющей пластические ВН.

На фиг, 2 изображена зависимость предела текучести (ПТ) стали 18Г2С от температуры. Температурные напряжения понижают ПТ при повышении температуры относительно точки микроравновесия при минимальной потенциальной энергии 0 и повышают при понижении. Предлагаемый способ позволяет подобрать ВН растяжения свн.у, которые скомпенсируют темпера15

5 турные упругие напряжения Grp,y. При этом получим, что упругий предел текучести при растяжении равен пределу текучести при сжатии

Orp.у = Отс.у.

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

Обработка резанием сопровождается 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 40Х13 они составили: V = 46 м/мин, t = 0,125 MM/см, S = 0,09 мм/об. Резец из сплава Т15К6 без охлаждения.

Стабилизацию образцов и других объектов 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 Баушингера 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

l Стт.. I + l Or.с.

Физический смысл уравнений (5, 6) заключается в том, что они основаны на ис1793309

1 пользовании эталонного воспроизводимого начения (ПТ) и одного из измеряемых ПТ атериала при деформации., растяжении

1ли сжатии. Учитывая, что стт.д является потоянной величиной для данного материаа, его можно определить заранее и в удущем брать из справочника как констану. Это уменьшает трудоемкость и повышат точность определения ВН.

Пример. Использован прокат отоженной стали 8Г2С.

Изготовлены простейшие образцы из ервой заготовки с BÍ сжатия: первый на

Растяжение М17К по ГОСТ 1497-73, второй вша сжатие ф16/16 мм. Из второй заготовки

ВН растяжения также изготовлено два об. азца. Для удаления измененного поверх111остного слоя все образцы проточены при

= 46 м/мин, t = 0,125 мм/см, S = 0,09 мм/об. езцом из сплава Т15К6 без охлаждения.

На образце из первой заготовки измеЕН ПрЕдЕЛ тЕКуЧЕСтИ Or.I = 42,2 КГС/ММ, а г а втором образце Or.c = 25,9 кгс/мм, à ВН м. (1) стт.р = — 42,2+ 25,9 = — 16,3 кгс/ммг, Стабилизированы все образцы отжигом ля полного удаления пластических ВН.

Использованы параметры режима Т =

=540 С, 1=170 мин, 120 С/ч до Т=400 С.

Измерены пределы текучести всех обазцов.

На образце из первой заготовки, котоая имела ВН сжатия

0 р, у = 3 9, 8 к г с / м м, 0 т . c . у =

= 28,1 кгс/мм;

Ств.н.у = (От.р.у Or.ñ.ó) = 39 8+ 28 1 = — 11,7 кгс/мм; а,.„., = 0., - о,н,y = -16,3+ 11,7=-4,6 кгс/мм .

Достоверное значение предела текучести при деформации растяжения

5 I стт.р. I + I аг,с.!

Or д

39,8+27,1, / г

= 34 кгс/мм;

10 Or,ä=-34 кгс/мм ДефоРмаЦии сжатиЯ; г

2. ствн.у = 2(стт.д — стт.р) = 2(34 — 39,8) =

= — 11,6 кгс/мм;

Оввту = 2(0i .ä — От.c) = 2(— 34 +e28,1) =

= — 25,9 = — 11,8 кгс/ммг.

15 Аналогично определены упругие ВН из второй заготовки после стабилизирующего отжига

Стт . с . у = — 3 7 2 К Г С / М М От p . yг

= 30,8 кгс/мм;

20 ствн.у = — 30,8 + 37,2 = 6,4 кгс/мм х х { (Or.ð.у Or.с.y)); авн.у = 2(ат.д — Or,y) = 2(34 — 30,80 =

= 6,4 кгс/ммг; авн.у = 2(CTr.у — От.с) = 2(— 34 + 37,2) =

25 = 6,4 кгс/мм . . Повышение точности ВН достигается в результате изготовления минимального количества простейших образцов без исполь- зования эталонов (в большинстве случаев одного образца), ликвидации вероятности разброса параметров и отступления от них, т.е, измерениедостоверныхсвойств контролируемого параметра (атд), максимальное .ограничение операций, использование

35 стандартного оборудования и оснастки, а также методов испытаний для измерения контролируемого параметра.

Формула изобретения

Способ определения составляющих внутренних напряжений в металлах, по ко- 45 т1>рому образцы металла подвергают деформированию растяжением, разгружают, I регистрируют при испытании диаграмму напряжение-деформация и по пределу текучести пРи РастЯжении сТ ð и паРаметРам петли 50 гистерезиса на диаграмме судят о составляI к1щих внутренних напряжений, о т л и ч а юц и й.с я тем, что, с целью повышения т чности определения, дополнительно из исследуемого металла вырезают образцы 55 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 ст,, дополнительно подвергают часть исследуемых и дополнйтельных образцов стабилизации до,полного удаления

1 еупругих внутре свих напряжений, определяют для этих образцов пределы текучести

CTrðó И Orcy ПРИ РаСтЯжЕНИИ И Сжат11И И OllPQделяют по результатам испытаний составляющие ствну и авнн внутренних напряжений по соотношениям Овну = (Отру+ сттсу), ст„„=

= СГвн — а„,у, ГДЕ Ст.н =-. (O,р+ Ст„).

1793309 у б (с

Составитель П.Янышев

Техред М,Моргентал Корректор H.Слободяник

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 499 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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