Способ определения предела упругости материалов

( ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАКИЕ ИЗОБРЕТЕ и двторсяом( свидетельству(71) Институт физики высокиний им.Л.Ф.Верещагина(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕУПРУГОСТИ МАТЕРИАЛОВ, (57) Изобретение относитсялению механических свойств 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",й 3 з.п. ф-лы, 1 ил.0696 2 50 55 132Изобретение относится к Физико- химическим исследованиям и может быть использовано при разработке Новых приборов и методов испытания материалов для определения их механических характеристик.Цель изобретения - повышение 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 К-линию люминесценции рубина ( 3 = 694,24 нм) с площадки диаметром3-5 мкм. Спектр люминесценции записывают с помощью схемы регистрации (монохроматор, фЭУ, самописец). По калиброванной зависимости положения К-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 Р (Г 1 ), находят точку отклонения от линейной зависимости и вычисляют предел упругости.П р и м е р. Определяли предел упругости для карбида вольфрама ВК, В эксперименте использовали стандартный алмазный индентор НКдля измерений твердости по Роквеллу с радиусом закругления наконечника К = = 0,27 мм. Испытуемый образец представлял собой шайбу диаметром 5 мм и высотой 5 мм. Между индентором и образцом ВКпомещали порошок рубина с размером зерна 1 мкм. Прикладывали нагрузку на индентор, записывали спектр люминесценции кусочков рубина, возбуждая его сфокусированным лучом Не - Сй лазера (441,6 нм). Запись спектров произЮ 15 20 25 ЗО 35 40 45 водили при сканировании луча по области контакта с шагом5 мкм, диаметр пятна луча лазера составлял2-3 мкм, Пользуясь известной зависимостью длины волны К-линии люминесценции рубина от давления, определяли величину локального давления в точке записи спектра, Находили величину максимального давления н области контакта Р прн данной нагрузке Г, измеренной с помощью тензодатчиков. Например, при нагрузке Р= 85 Н максимальное давление в площади контакта равно Р " = 12 ГПа, Наносили результаты измерений Р " и Р 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 деформации, описываемой известным уравнением Герца. Как видно из сравнения линий 1 и 1 , при значениях экспериментальнык параметров Р - 0,3 кг1/3и Р5,5 ГПа наблюдается отклонение кривой 1 от линейной зависимости (точка перегиба). Эта точка соответствует появлению первых пластических деформаций.Для определения предела упругости 6 воспользовались теорией упругости. Согласно критерию Мизеса, пластическое течение должно начаться в области максимальных касательных напряжений, которая формируется в точке под центром сферического индентора на глубине0,4 К. При этом сдвиговое напряжение имеет величину Г" 0,36 Р, где Р - давление в центре контакта, соответствующее в нашем эксперименте максР . Таким образом, точка перегимаксба Р, = 5,5 ГПа соответствует2,0 ГПа и предел упругости 2 г = Р," /1,38 = 4 ГПа. Определяли величину Й при данной Г одновременно с измерением Р " Например, при нагрузке Р = 343 Н диаметр контакта составляет й = 12 мкм. Строили график в координатах "диаметр контакта - корень кубический иэ величины нагрузки". Результат предствален на кривой 2 чертежа, Как видно, зависимость Й(Р ) менее чувст 1 ЪЙ = К Р Формула изобретения Составитель И.ХодатаеваТехред 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, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная, 4 3 132069вительна к появлению пластических деформаций, чем зависимость Рма "е (Р/ ),Отклонение зависимости й(Рф ) от линейной (линия 2 ) наблюдается принагрузках, в несколько раз превышаю щих ту, при которой наблюдаются заметные проявления пластических деформаций в зависимости Р (Р ),маке 63Кроме того, отклонения зависимостир маке (Р) от линейной после появ- Юления пластических деформаций носятболее резкий характер, чем отклонения зависимости Й(Р" ).Иэ возможных оптических спектров(люминесценция, отражение, комбинационное рассеяние, а в случае прозрачного объекта и поглощение) удобным в большинстве случаев являетсяспектр люминесценции, как наиболеепростой по способу возбуждения и регистрации. Среди интенсивных люминесцентов можно использовать, например,рубин, для которого существует надежная калибровка по давлению посдвигу узкой бесфонной К-линии 25о( , = 6942,4 А ), которую можно возбудить сфокусированным лазерным излучением в образце размером1 мкми легко зарегистрировать стандартными приемниками. 30В качестве датчика локального давления могут быть использованы, например, параметры решетки стандартовдавления, например ИаС 1 (рентгеновский метод),35 1. Способ определения предела упругости материалов, заключающийся в 4 О том, что внедряют индентор в поверхность испытуемого материала, ступен 6 4чато изменяя нагрузку, в месте контакта индентора и испытуемого материала регистрируют параметр напряженного состояния материала, строятграфик и с учетом координат точкиперегиба на нем определяют пределупругости, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностии надежности, в качестве параметранапряженного состояния материала используют величину максимального давления на площади контакта при даннойнагрузке, строят график в координатах максимальное давление - коренькубический из величины нагрузки" иопределяют предел упругости по формуле макегде Р е - ордината точки перегибана графике, К = 1,38.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я 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 щ и й с я 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 щ и й с я тем, что в качестве люминесцента используют порошок рубина.