Способ исследования деформаций при кручении

(54) СПОСОБ ИССЛЕД ЦИЙ ПРИ КРУЧЕНИИ АНИЯ ДЕФОРМА осится к механи лов, Цель изоб ности, Это дост етки 1, выполне ала, к образцу постоянным ш ческим етения игается нной из 2 в точагом. 1 ф 2 Г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) 531,781.2 (088,8)56) Проволока. Метод испытания на скручивание, ГОСТ 1545-80,Колмогоров В.Л. Механика обработкиметаллов давлением, - М.: Металлургия1986, с.560 - 561,ЯО, 1717942 А 1(57) Изобретение отн испытаниям матери - повышение надеж за счет крепления м пластичного матери ках, размещенных с з.п. ф-лы, 3 ил.5 10 20 Изобретение относится к механическимиспытаниям материалов на скручивание.Известен метод испытания на скручивание проволоки из металлов и сплавов диаметром 0,14-10 мм, Перед испытаниемобразец зажимают в захватах и натягиваютгрузом, масса которого создает натяжениепроволоки, равное 2 о от ее разрывного усилия. Расчетная длина образца круглой проволоки устанавливается равной 100 хб (б -диаметр проволоки). По числу выдержанныхскручиваний судят о способности металла кпластической деформации при кручении,Недостатком способа испытания является то, что определяемое число оборотов до разрушения не являетсяхарактеристикой степени деформациисдвига, соответствующей разрушению металла. Пластичность металла в указанномметоде оценивается неинвариантной характеристикой.Известен способ определения степенидеформации сдвига при кручении цилиндрических образцов, при котором типографским способом печатают риску вдольобразующей на поверхности образца доиспытания, При кручении образца рискаповорачивается и в момент разрушения занимает положение винтовой линии с угломнаклона к образующей образца ао Предельная степень деформации на поверхности образца подсчитывается поизмерению угла ао в месте разрушенияпо формуле А =1(ро. Измерение углапроводится с помощью инструментального микроскопа.Недостатком известного способа является сложность и большая трудоемкость типографского способа нанесения риски ипоследующего измерения ее угла наклонапосле кручения испытываемого образца.Присутствующая технологическая смазкана проволоке затрудняет качественное нанесение риски и требует дополнительнуюобработку поверхности, С уменьшением сечения круглого изделия возрастает трудность нанесения риски строго по образующей.В зависимости от параметров окружающейсреды испытываемого образца температура, давление, химическая активность и т.п,)происходит частичное или полное удалениериски с поверхности.Цель изобретения - повышение надежности результатов измерения деформацийпо длине образца.На фиг,1 показано крепление метки; нафиг,2 - метка после кручения; на фиг,3 -схема вычисления длины винтовой линиимежду витками,25 30 35 40 45 50 55 Способ состоит в том, с целью повышения надежности, метку выполняют из пластичного материала и прикрепляют ее к образцу в точках, размещенных с постоянным шагом, а деформации поверхностных слоев определяют по формуле:Е= 1 п(1(сов а) или Е = 1 п(О 1), где а-угол наклона метки после испытания к образующей образца;. - длина после испытания винтовой спирали, размещенная между двумя точками;й - длина участка метки между двумя точками до испытания,При этом с целью расширения эксплуатационных возможностей, метку выполняютиз инертного к агрессивным средам материала вспомогательного образца на участкеиспытываемого образца длиной й,В отличие от известного предлагаемый способ предусматривает до испытания образца крепление вспомогательного образца вдоль образующей первого, Затем производит совместное кручение образцов. В известном способе величину деформации определяют по углу наклона образующей, нанесенной до деформации на поверхности испытываемого образца, по фор- муле А =1 Яа, в предлагаемом способе - по углу наклона вспомогательного образца к образующей испытываемого образца по формуле Е= п(1/сов а) или по длине винтовой спиралина участке основного образца длиной Ь с использованием формулы Е=п й).Способ осуществляется следующим образом.Вдоль образующей испытываемого образца укрепляют метку - тонкое изделие из легкодеформируемого и пластичного материала или из эластичного материала (тонкий резиновый шнур), Крепление пластичного материала (например, медной проволоки) по образующей испытываемого образца можно осуществлять с помощью окружной совместной обмотки образцов тонкими нитками, Тонкий резиновый шнур укрепляют вдоль образующей в растянутом состоянии, На фиг,1 показано крепление метки 1 вдоль боковой поверхности испытываемого образца 2, После кручения метка принимает форму пространственной винтовой линии (фиг,2), расположенной к образующей испытываемого рбразца в фиксированной области под углом а, Если обозначить расстояние между двумя витками и, то длину винтовой линиимежду этими витками можно определить по формуле (фиг,3)исова,разцов с шагом 0,5 - 1,5 мм, Испытывали почетыре образца при каждой температуре, Количество скручиваний до разрушения при комнатной температуре составило 61, 75, 79, 80, при отрицательной температуре, 32, 39, 42. Средняя величина шага проволочной спирали после разрушения основного образца и средняя дисперсия определяется как 5 =й -50 55 На фиксированном участке длинойи справедливо следующее отношениетекущей длины винтовой линии меткик ее первоначальной длине и: Ой =1/сова, Крепление метки обеспечивает отсутствие при кручении окружногоперемещения относительно боковой поверхности основного образца. В результатеметка при кручении принимает форму про-странственной кривой, которую получает 10образующая испытываемого образца.Поскольку гипотеза о протекании деформации кручения только за счет сдвига напрактике.не реализуется (образцы изменятпри кручении длину, диаметр), то можно ее 15представить как следствие деформации элементарных (бесконечно малых) волокон,имеющих преимущественную осевую направленность. Формированию осевой волокнистости способствуют процессы 20изготовления образцов, прокатка, волочение. Элементарное волокно бг после кручения занимает положение отрезка б сдлиной б = бг/сова. Истинная (логарифмическая) осевая деформация волокна равна 25Е = 1 п(;) = п(1/соза),ба если это выразить через конечные размеры вспомогательного образца - метки и, з,топ( /). 30Длина винтовой линии . на участке йможет определяться с помощью штангенциркуля после выпрямления вспомогательного образца.П р и м е р. Исследовали пластичность при 35кручении образцов диаметром 1,3 мм изстали 70 с временным сопротивлением разрыву 210 кгс/мм. Испытания проводилипри комнатной температуре и при отрицательной - 58 С, Охлаждающей средой служил насыщенный раствор углекислоты вацетоне. Расстояние между захватами скручиваемых образцов составило 280 мм (базаиспытания была выбрана с учетом длиныхолодильной камеры). Вдоль образующей стальной проволоки укрепляли отожженную медную проволоку диаметром 0,15 мм с помощью окружной намотки ниток вдоль длины основного и вспомогательного обгде и - количество шагов медной проволоки вдоль длины разрушенного образца; Ив длина 1-го шага, и для четырех образцов, разрушенных при комнатной температуре, составляет соответственно 4,80 и 0,34 мм,г а для образцов, скрученных при отрицательной температуре, - соответственно 12,48 и 16,11 мм . Замер шага осуществляли штангенциркулем. Определение угла наклона медной проволоки с помощью инструментального микроскопа показало также большой разброс величины угла по длине образцов, скрученных при отрицательной температуре. При этом величина угла в месте раврушения исследованных образцов при обеих температурах существенно не отличается и составила 54 12, что соответствует деформации Е = 0,55. Минимальная величина угла наклона у четырех образцов, скрученных при комнатной температуре, составила 3850 ( Емин = 0,25), а у образцов, разрушенных приотрицательной температуре - 15 ( Емин = 0,03), т.е, понижение температуры испытания приводит к увеличению неоднородности деформации по длине скручиваемых образцов.Определение а по длине образца на инструментальном микроскопе по наклону медной проволоки и наклону образующей риски, нанесенной до испытания типографским способом, показало совпадение угла закручивания проволоки и риски на боковой поверхности испытываемого образца.В сравнении с известным предлагаемый способ позволяет визуально определять характер распределения деформаций по длине образца, Для определения деформаций можно пользоваться .замером не только углов, но и линейных размеров.В сравнении с известным методом испытания на скручивание предлагаемый способ позволяет оценивать пластичность при скручивании инвариантной характеристикой по всей длине скручиваемого (скрученного) образца.Предлагаемый способ реализуется с использованием существующего оборудования для испытания на скручивание.Разработанный способ был использован при исследовании зависимости пластичности и однородности распределения деформаций по длине проволочных образцов при кручении от температуры испытания.Формула изобретения 1. Способ исследования деформаций при кручении, заключающийся в том, что наносят метку на образец вдоль образующей, производят кручение образца до его разрушения и определяют деформации об68 Тираж ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб;, 4/5 За Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 раэца, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, метку выполняют из пластичного материала и прикрепляют ее к образцу в точках, размещенных с постоянным шагом, и деформации поверхностных слоев определяют по формуле Е= п(1 /соз а ) илиЕ =пф.й), где а - угол наклона метки после испытания к образующей образца;- длина участка метки между двумя точками после испытания; й - длина участкаметки между двумя точками до испытания. 5 2.Способпоп 1,отличающийсятем, что, с целью расширения эксплуатационных воэможностей, метку выполняют из инертного к агрессивным средам материала.10