Способ определения составляющих внутренних напряжений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 309 1)5 0 01 М 3/О УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНО ОМСТВО СССРСПАТЕНТ СССР) ВЕ(Ц- мй,а 1 с 1 фв 7 УЛ дя . - - " - иьЯ)ИСАНИ ОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТВУ 2 вырезке образцов на сжатие выбирают ре. жим, соответствующий взаимной компенсации дефектов структуры поверхностного слоя от силового и теплового воздействий процесса резания. Определяютпредел текучести при сжатии%.с. и предел текучести при растяжении сг, р, Подвергают остальные образцы стабилизации до полного удаления неупругих внутренних напряжений, определяют для этих образцов пределы текуче- сти %,ру и%.су при растяжении и сжатиии " определяют по результатам испытаний со- СтаВПЯЮЩИЕ Овну И Ствнп ВНУТРЕННИХ НаПРЯ- жений по соотношениям овну = - (%ру+ +Отсу) Овнп = Овн Овну, ГДЕ (Увн = (Огр+ ОГс).Ъ.ф 5 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 весьма трудоемкая и часто приходится ограничивать точность, т.е. повышать погрешность эталона, а иногда даже легЧе выплавить материал, регулируя контролируемый параметр, например температурный,. коэффициент электросопротивления, с помощью скорости кристаллизации или времени выдержки. Операция - иэ ной характеристик 1 деФормации при о нии - огра ничивае трудоемкость. Сов осуществляют вруч вает точность,1 (21 4813999/28 (22 12.04.90 (46 07,02.93. Бюл, М (75 П.К. Янышев (56 Авторское свидетельство СССР 3 Ф 177664, кл, 6 01 М 3/00, 1982. (54 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮ ИХ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ (57 Изобретение относится к испытательно технике и может быть использовано для определения 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, Изобретение относится к измерительной технике и мокет быть использовано для определения упругих и пластических соста 1 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, температурны 6 воздействием. 1В первую очередь способ распростране 1 ия на однородный конструкционный материал, При неоднородном материале, например в биметалле, ВН определяют в раэличных местах.Известен способ определения составлянщих ВН, заключающийся в том, что от-. бифают материал для эталона, изготовляют эталонный и контролируемый образцы, из- меряют характеристики в упругой области деформирования при измерении деформаций при определенном напряжении собразмерение деформацион и особенно измерение пределенном напряжет точность и повышает.4 ещение характеристик ную, что также огрэничи1793309 Овн = ( Ог.р - От.с),3Целью изобретения является повышение точности определения составляющих ВН.Это достигается тем, что изготовляют из 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 Овн - упругие и пластические ВН в контролируемом материале;%.р - предел текучести образца при растяжении;У.с - предел текучести образца при сжатии,Для определения упругих ВН образцы дополнительно стабилизируют до полного удаления неупругих ВН Ов,н,у = - ( Ог.р,у %.с.у)(2) где %.р.у - 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 уравненияСвн.гг = Овн Овн.у Р)Вычисляют достоверное значение предела текучести и определяют упругие ВН Ов.н.у = 2( сгт.д - сгт.р) т (5) сгвн.у = 2( ганг,д - пг.с) г (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 1812 С: 1 - эталонного из контролируемого материала по прототипу; П - из контролируемого материала, который содержит ВН сжатия; Ш - из койтролируемого материала, который содержит упругие ВН растяжения; ДХ 111 характеризует исходное состояние, т,е он содержит ВН пластические и упругие; ДХ 2 - упругое состояние и упругие ВН, т.е. образец после стабилизации, удаляющей пластические ВН.На фиг, 2 изображена зависимость предела текучести (ПТ) стали 18 Г 2 С от температуры. Температурные напряжения понижают ПТ при повышении температуры 10 относительно точки микроравновесия приминимальной потенциальной энергии 0 и повышают при понижении. Предлагаемый способ позволяет подобрать ВН растяжения (твн,у, которые скомпенсируют темпера5 тУРные УпРУгие напРЯженил Отр,у. ПРи этомполучим, что упругий предел текучести при растяжении равен пределу текучести при сжатии Отр.у = Гттс,у.Это свидетельствует о том, что "вредные" растягивающие ВН можно эффективно испольэовать, например, для компенсации внешней температурной нагрузки.Обработка резанием сопровождаетсятепловым 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 итеплового воздействия. Так для стали 40 Х 13они составили: Ч = 46 м/мин, т = 0,125 мм/см, Я = 0,09 мм/об. Резец из сплава Т 15 К 6 без охлаждения.Стабилизацию образцов и других объектов осуществляют традиционными способа ми. Выбор параметров режима определяютпо прекращению приращения контролируемого параметра, например частоты собственных колебаний тела.Знак минус в уравнениях(1, 2) означает, 45 что определяют ВН по реакции от внешнихнагрузок, 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 значенияпредела текучести производится путем измерения абсолютной величины предела текучести при растяжении и при сжатии из 55 уравнениясг 1+1 О 1 (7)2Физический смысл уравнений (5, 6) заключается в том, что они основаны на ис1793309 40 1пользовании эталонного воспроизводимогоначения (ПТ) и одного из измеряемых ПТатериала при деформации., растяженииЬли сжатии. Учитывая, что ат,д является потоянной величиной для данного материаа, его можно определить заранее и вудущем брать из справочника как констану. Это уменьшает трудоемкость и повышат точность определения ВН,гП р и м е р. Использован прокат отоженной стали 8 Г 2 С,Изготовлены простейшие образцы изервой заготовки с ВН сжатия; первый наРастяжение Ы 7 К по ГОСТ 1497-73, второйва сжатие ф 16/16 мм, Из второй заготовкиВН растяжения также изготовлено два обазца. Для удаления измененного поверхностного слоя все образцы проточены при= 46 м/мин, т = 0,125 мм/см, Я = 0,09 мм/об,езцом из сплава Т 15 К 6 без охлаждения.На образце из первой заготовки измеен предел текучести аг,р = 42,2 кгс/мм, ага втором образце ат.с=-25,9 кгс/мм, а ВНм, (1)ат,р = - 42,2+ 25,9 = - 16,3 кгс/мм 2,Стабилизированы все образцы отжигомля 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 сжатияаг,р,у = 39,8 кгс/мм, Ог.с.у=2= 28,1 кгс/мм;ав.н.у = - ( Ог,р,у - Сгг.с.у) = -39,8 + 28,1 =- 11,7 кгс/мм;ав, . = а -ону=-16,3+11,7= -4,6 кгс/мм .Достоверное значение предела текучести при деформации растяжения 5ватт.р,+стСгг д 39,8+ 27,1 34 / 2,= 34 кгс/мм; 2= - 25,9 = - 11,8 кгс/мм 2,15 Аналогично определены упругие ВН извторой заготовки после стабилизирующегоотжигаагсу= - 372 КГС/ММ Отруг. Повышение точности ВН достигается врезультате изготовления минимального количества простейших образцов без исполь-зования эталонов (в большинстве случаеводного образца), ликвидации вероятностиразброса параметров и отступления от них,т.е, измерениедостоверныхсвойств контролируемого параметра ( аг д), максимальное,ограничение операций, использование35 стандартного оборудования и оснастки, атакже методов испытаний для измеренияконтролируемого параметра.Формула изобретенияСпособ определения составляющих внутренних напряжений в металлах, по ко ттрому образцы металла подвергают деформированию растяжением, разгружают, регистрируют при испытании диаграмму напэяжение-деформация и по пределу текучести при растяжении агр и параметрам петли 50 гистерезиса на диаграмме судят о составляк 1 щих внутренних напряжений, о т л и ч а юц и й.с я тем, что, с целью повышения тчности определения, дополнительно из исследуемого металла вырезают образцы 55 для испытания на сжатие, при вырезке выбирают режим. соответствующий взаимной Х компенсации дефектов структуры поверхностного слоя от силового и теплового воздействий процесса резания, определяют на дополнительном образце предел текучести при сжатии аг, дополнительно подвергают часть исследуемых и дополнйтельггых образцов стабилизации до,полного удаления 1 еупругих внутренних напряжений, определяют для этих образцов пределы текучести сттру и сггсу при растяжении и сжатии и определяют по результатам испытаний составляющие авггу и авнп внутренних напряжений по соотношениям Овну = - (агру+ стгсу), авнп = = аг - авщ, где авн=-.(агр+ о;,).1793309 рректор Н,Слободяни едак аказ 499 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Производственно-изд Состав Техред ль П,Янцш Моргентал