Способ испытаний хрупких материалов на термопрочность и устройство для его осуществления

Способ испытаний хрупких материалов на термопрочность и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

««926576 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28. 08. 80 (21) 2979442/25-28 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (51)M. Кл.

G 01 N 3/60

Гееударстеенний камнтет

СССР (53) УДК620.178.

° 38(088. 8) ао делам нзобретеннй н открытий

Опубликовано 07 05. 82. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 07. 05. 82

В. С. Егоров, А. Г. Ланин и С. А. Притчин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ

НА ТЕРИОПРОЧНОСТЬ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний хрупких материалов на термопрочность.

Известен способ испытаний хрупких материалов на термостойкость, заключающийся в том, что испытуемый образец нагревают до заданной температуры и охлаждают путем его погружения в хладагент Г11.

Недостаток этого способа — низкая точность испытаний.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ испытаний хрупких материалов на термопрочность, заключающийся в том, что образец в виде диска со слоем теплоизоляции на его торцовых поверхностях нагревают до температуры Т и создают в нем градиент температур, вызывающий разрушение образца.

Способ реализуется с помощью устройства для испытаний хрупких материалов на термопрочность, содержащего захваты для крепления образца, два слоя теплоизоляции, размещенные между соответствующими захватами и торцовыми поверхностями образца, и нагреватель 32/.

Недостатком известных способа и устройства является невозможность обеспечения испытаний при различных скоростях термонагружения.

Цель изобретения — обеспечение испытаний при различных скоростях термонагружения.

Указанная цель достигается тем, что градиент температур создают путем постепенного удаления теплоизоля.ции с обоих торцов образца в радиальном направлении от центра с постоянной скоростью, определяют время от начала удаления теплоизоляции до

20 разрушения образца и ширину кольцевой зоны теплоизоляции в момент разрушения, строят тарировочную зависимость градиента температур от ширины

3 92657 кольцевой зоны .теплоизоляции и температуры Т -испытаний,. по которой определяют разрушающие, напряжения 4 и рассчитывают. критерий R, характеризующий .термопрочность материала и ско- рость †термонагружения. по формулам:

dR а Г

,„„«- 8)

oL6, сИ и

1О

Кс Ы где. ф-- коэффициент Пуанссона материала; — коэффициент линейного термического расширения материала; И

Š— модуль упругости материала.

Для осуществления предлагаемого . способа в устройстве для испытаний хрупких материалов на термопрочность каждый слой теплоизоляции выполнен в виде свернутой по спирали Архимеда нити, один конец которой закреплен на соответствующем. захвате, а устройство снабжено двумя установленными с возможностью вращения вокруг своей оси коническими барабанами, на которых закреплены другие концы нитей.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - то .же, вид сверху. 30

Устройство содержит нижний и верхний захваты 1 и 2, служащие для крепления испытуемого образца 3, выполненного в виде диска и установленного внутри нагревателя 4, выполненного, например, в виде индуктора. Между соответствующими захватами 1 и 2 и торцовыми поверхностями образца 3 размещены два слоя 5 и 6 теплоизоляции, каждый из которых, выполнен в виде саер-, нутой по спирали Архимеда нити. Один конец каждой нити слоев 5 и 6 теплоЪ изоляции закреплен на соответствующем захвате 1 или 2, а другой, проходя через соответствующую направляющую тру45

6у 7 или 8, закреплен на соответствующем коническом барабане 9 или ЕО, которые установлены на валу 11 с возможностью вращения вокруг своей оси.

Конусность барабанов выбрана из усло50 вия обеспечения постоянной скорости удаления нитей. Вал 11 соединен с приводом его вращения (не показан).

Способ осуществляют следующим образом.

На нижнем захвате 1 размещают слой

5 теплоизоляции, центральный конец нити которой выводят через направляющую трубу 8 и закрепляют на барабане

6 4

9, а другой конец закрепляют на периферии захвата E. Размещают на слое 5 теплоизоляции испытуемый образец 3, на его свободную торцовую поверхность укладывают аналогичным образом второй слой 6 теплоизоляции, который прижимают верхним захватом 4, выводят центральный конец нити слоя 6 теплоизоляции через направляющую трубу 7 и закрепляют его на барабане 10. Подготовленный таким образом к испытаниям образец 3 размещают в нагревателе 4 таким образом, чтобы нагрев происходил по образующей образца 3. Включают нагреватель 4, и после нагрева образца

3 до заданной температуры Т включают привод вращения барабанов 9 и 10, на которые наматываются нити слоев 5 и

6 теплоизоляции, в результате чего с обоих торцов образца 3 происходит постепенное удаление слоев 5 и 6 теплоизоляции в радиальном направлении от центра с постоянной скоростью, seличину которой выбирают иэ условия обеспечения. заданной скорости термонагружения. По мере удаления слоев 5 и 6 теплоизоляции происходит увеличение площади излучающей поверхности в центральной части образца 3, что приводит к появлению растягиеающих термических напряжений, которые при определенном градиенте температур, зависящем от скорости удаления слоев

5 и 6 теплоизоляции, приводят к разрушению образца 3. В момент разрушения образца 3 привод вращения вала

1Е выключают, определяют время от начала удаления слоев 5 и 6 теплоизоляции до разрушения образца 3 и измеряют ширину кольцевой зоны оставшейся теплоизоляции. По тарировочной зависимости градиент температурширина кольцевой зоны теплоизоляции определяют критерий R, характеризующий величину термопрочности при заданной температуре испытаний и скорости термонагружения. Тарировочную зависимость градиента температур от ширины кольцевой зоны оставшихся слоев 5 и 6 теплоизоляции получают предварительно перед испытаниями экспериментальным путем, измеряя температуру в центре и на контуре образца 3 при нескольких фиксированных значениях ширины кольцевой зоны теплоизоляции для каждого уровня температуры T. 3aтем, используя известные аналитические зависимости разрушающих напряжений от градиента температур, определяг

Формула изобретения

5 92657 ют величину разрушающих напряжений

5 + p, используя которые. рассчитывают критерий Я, характеризующий величину термопрочности по формуле ( б рддр(1- P.) с(,E где,ц, — коэффициент Пуанссона материала; 1

10 а коэффициент линейного термического расширения материала;

E — модуль упругости. материала.

Поскольку при постоянной скорости удаления теплоизоляции напряжения в !

5 испытуемом образце 3 растут линейно со временем и скорость - - термонагружения постоянна, то величину этой скорости определяют, используя рассчитанное значение критерия R термопрочности по следующей формуле сЫ g, с1 = — ñ где ЬС вЂ” промежуток времени от начала удаления теплоизоляции до разрушения образца.

dR

Величину скорости . термонагружения изменяют путем изменения скорости вращения. конических барабанов

9 и 10 для намотки нитей слоев 5 и 6 теплоизоляции. Для определения темпе.ратурной зависимости критерия R термопрочности от различных скоростей

Р термонагружения проводят серию 35

С эксперименfoB при одной и той же температуре испытаний для нескольких скоростей ф - термонагружения, Указанную серйю экспериментов затем пов. торяют для других заданных уровней 40 температур испытаний.

Предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют определять зависимость термопрочности хрупких материалов от температуры и раз- 45 личных скоростей термонагружения,что достигается за счет удаления с образца теплоизоляции с заданной .скоростью.

Способ испытаний хрупких материалов на термопрочность, заключающийся в том, что образец в виде диска со слоем теплоизоляции на его торцовых поверхностях нагревают до температуры T и создают в нем градиент

6 6 температур, вызывающий разрушение об разца,, отличающийся тем, что, с целью обеспечения испытаний при различных скоростях термонагружения, градиент температур создают путем постепенного удаления теплоизоляции с обоих торцов образца в радиальном направлении от центра с постоянной скоростью, определяют время a i от начала удаления теплоизоляции до разрушения образца и ширину кольцевой зоны теплоизоляции в момент разрушения, строят тарировочную.-зависимость градиента температур от ширины кольцевой эоны теплоизоляции и температуры Т испытаний, по которой определяют разрушающие напряжения 6р р„ и рассчитывают критерий В., характеризующий . те мопрочность материала, и скорость термонагружения по формулам

i .аь. "-"

*E. сИ .

dpi = т 1 где,ц. — коэффициент Пуанссона материала;

cL — коэффициент линейного термического расширения материала;

Š†.модуль упругости материала.

2. Устройство для испытаний хрупких материалов на термопрочность, содержащее захваты для крепления образца, два слоя теплоизоляции, размещенные между соответствующими захватами и торцовыми поверхностями образца, и нагреватель, о -т л и ч а ющ е е с я тем, что каждый слой теплоизоляции выполнен в виде свернутой по спирали Архимеда нити, один конец которой закреплен на соответствующем захвате а устройство снабжено двумя установленными с возможностью вращения вокруг своей.оси коническими барабанами, на которых закреплены другие концы нитей.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Борэдыка А. М. Методы горячих механических испытаний металлов. М., Металлургиздат, 1962, с. 359;360, рис. 293.

2. Трапезников Д. А., Урсик В. А., Кочетов Д. В. и др. Изучение условий разрушения графитов в тепловых пото.ках. - "Проблемы прочности", 1971, У 12, с. 68-71 (прототип).