Способ определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел при циклическом нагружении
Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность способа определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел в условиях циклического нагружения при контроле локальных участков . Способ заключается в том, что на поверхности исследуемого тела закрепляют покрытие из изменяющего под действием циклического деформирования микроструктурные характеристики электролитического металла, подвергают тело с покрытием циклическому деформированию, в продольном шлифе выявляют микроструктуру покрытия после нагружения и по результатам количественной оценки изменений в ней судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированного состояния тела при нагружении. Новым в способе является проврдение операций выявления и количественной оценки изменений в микроструктуре в ряде последовательных продольных шлифов чувствительного покрытия, получаемых при поочередном удалении слоев покрытия на глубину 2 мкм, с последующим использованием в определении параметров напряженно-деформированного состояния результатов оценки изменений во всех использованных шлифах, что обеспечивает достижение положительного эффекта. Наиболее целесообразно при этом располагать используемые продольные шлифы равномерно по толщине покрытия. 1 з.п. фглы, 1 ил. « Ё 3 00 со ел го
. Ж 1753352 А1
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 3/32
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ . " -" ".""-"" .".ЛД пРи Гкнт сссР . I " -" -:- " ."ГF,: ". ",", !!öÿ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
4 (Л
Сд
Сд
ОЧ
Ю ным деформациям электролитического покрытия.
Известен способ определения интегральных значений параметров напряженнодеформированного состояния тел при циклическом нагружении, заключающийся в том, что на поверхности исследуемого тела закрепляют покрытие из изменяющегося под действием циклического деформироваИзобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения интегральных значений,параметров напряженно-деформированного состояния тел, например деталей машин, в условиях . циклического усталостного нагружения, основанным на регистрации изменений в микроструктуре размещенного на исследуемом теле чувствительного к повторно-перемен1 2 (21) 4754972/28 . - хности исследуемого тела закрепляют покры(22)30.10.89 . .. тиеизизменяющегоподдействиемцикличе(46) 07.08;92. Бюл. N. 29 .. ского деформирования микроструктурные (71) Курганский машиностроительный инс- . характеристики электролитического металла, титут... подвергают тело с покрытием циклическому (72) Е,И.Иванов " .. деформированию, в продольном шлифе вы(56) Ерихов М.Л, и др. Определение йайря- являют микроструктуру покрытия после нажений и деформаций в деталях машин мета- - гружения и по результатам количественной дом гальванического меднения, . оценки изменений в ней судят об интегральколичественная оценка микроструктуры на- - ных значениях параметров напряженно-деработанных датчиков деформаций, Тариро- формированного состояния тела при вочная зависймость. Курган. Курганский нагружении. Новымвспособеявляетсяпромашиностроительный институт, 1985(Руко- ведение операций выявления и количестпись дел; в ВНИИТЭМР, 1985, N 27 мш. веннойоценкиизмененийвмикроструктуре
Деп). в ряде последовательных продольных шли(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬ- фов чувствительного покрытия, получаемых
НЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ НАПРЯ- при поочередном удалении слоев покрытия
Ж Е Н Н О - Д Е Ф О P М И Р О В А Н Н О Г О на глубинуэ2 мкм, с последующим использоСОСТОЯНИЯ ТЕЛ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ванием в определении параметров напряНАГРУЖЕНИИ женно-деформирован ного сос тоя ния
„ Ф:: (57) Изобретение относится к измеритель- результатов оценки изменений во всех исной технике и позволяет повысить точность .: пользованных шлифах, что обеспечивает доспособа определения интегральных значе- стижение положительного эффекта, ний параметров напряженно-деформирован- Наиболее целесообразно при этом располаного состояния тел в условиях циклического гать используемые продольные шлифы равнагружения. при контроле локальных участ- номерно по толщине покрытия. 1 з.п. ф- лы, ков. Способ заключается в том, что на повер- 1 ил.
1753352 сия свои микроструктурные характеристики злектролитического металла, например меди, никеля, подвергают тело с покрытием циклическому деформирванию, в продольном шлифе выявляют микроструктуру покрытия после нагружения и по результатам полуколичественной визуальной оценки изменений в ней судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированного состояния тела при нагружении, При реализации способа для определения интегральных значений амплитуды циклических напряжений или деформаций проводят визуальное палуколичественное сравнение изменений в микроструктуре покрытия на исследуемом теле и изменений в микроструктуре такого же покрытия, наработанного в тарировочных испытаниях на специально подготовленном объекте тем же числом циклов нагружения, что и исследуемое тело.
Недостатками данного способа являются субъективность и низкая точность определений, связанные с полуколичественным визуальным сопоставлением изменений в микроструктуре.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является способ определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел при циклическом нагружении, заключающийся в том, что на поверхности исследуемого тела закрепляют покрытие из изменяющего под действием циклического деформирова ния свои микроструктурные характеристики злектролитического метал ла, подвергают тело с покрытием циклическому деформированию, в продольном шлифе выявляют микроструктуру покрытия после нагружения и по результатам количественной оценки изменений в ней судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированного состояния тела при нагружении. При реализации данного способа в качестве параметра количественной. оценки изменений в микроструктуре чувствительного покрытия используют относительную плотность растущих зерен, т.е, долю площади, занимаемой растущими зернами на шлифе — A .
При определении интегральных значений амплитуды циклических наприяжений или деформаций предварительно в усталостных механических испытаниях чувствительного покрытия аналогичного качества на специально подготовленном объекте получают та. рировочную зависимость А от амплитуды напряжений (деформаций), выраженную в графической или аналитической форме.
15
25 ла, подвергают тело с покрытием цикличе40 шлифах
35
Недостатком известного способа является низкая точность определений интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел при контроле локальных участков на поверхности исследуемого тела
Цель изобретения — повышение точности способа при контроле локальных участков за счет учета реакции на деформирование максимального числа исходных зерен чувствительного покрытия, являющихся зародышами растущих зерен, и увеличения протяженности плоскости наблюдения микроструктуры чувствительного покрытия на единице поверхности исследуемого тела.
Цель достигается тем, что по способу определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел при циклическом нагружении, заключающемуся в том, что на поверхности исследуемого тела закрепляют покрытие иэ изменяющегося под действием циклического деформирования свои микроструктурные характеристики злектролитического металскому деформированию. в продольном шлифе выявляют микроструктуру покрытия после нагружения и по результатам количественной оценки изменений в ней судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированного состояния тела при нагружении; операции выявления и количественной оценки изменений проводят в ряде последовательных продольных шлифов чувствительного покрытия; получаемых при поочередном удалении слоев покрытия на глубину 2 мкм; а о параметрах напряженно-деформированного состояния тела судят с учетом результатов оценки изменений во всех использованнных шлифах. Выбор минимальной глубины удаляемого слоя чувствительного покрытия между шлифами обусловлен особенностями микроструктуры чувствительных злектролитических покрытий и соответствует среднему размеру зерен, используемых в определениях мелкозернистых медных, никелевых и железных покрытий до нагружения, Используемые в определениях продольные шлифы могут быть расположены 00 толщине чувствительного покрытия беспорядочно, однако при равномерном, упорядоченном расположении шлифов при том же их числе будет достигнута более высокая достоверность определений, Это обусловлено возрастанием представительности участка плоскости наблюдения в о дельных
Изобретение осущес вляется следующим образом.
1753352
На поверхность исследуемого тела (ее участок) наклеивают чувствительное к повторно-переменным деформациям покрытие из злектролитического металла, Тело с покрытием подвергают циклическому на- 5 гружению определенным, достаточно большим числом циклов нагружения. После этого, используя подходящий растворитель, снимают наработанное чувствительное покрытие с поверхности тела и наклеивают на 10 ровную плоскую поверхность предметного стекла. Чувствительное покрытие на предметном стекле полируют, удаляя поверхностный слой»а незначительную глубину; травлением выявляют микроструктуру и с 15 помощью оптического металлографического микроскопа проводят количественную оценку изменений в ней, Перед микроскопическими измерениями фиксируют поло-, жение чувствительного покрытия йа 20 предметном столике микроскопа и устанавливают соотношение между координатами чувствительного покрытия на поверхности исследуемого тела и его координатами на предметном столике, Количественный пара- 25 метр изменений в микроструктуре — относительную плотность растущих зерен Ад — определяют линейным или точечным методом количественной металлографии. При этом поверхность шлифа чувствительного 30 покрытия делят на участки, размеры которых определяются необходимой локальностью определений, причем измерения А . на каждом участке проводят отдельно, независимо от остальных, 35
Закончив измерения в плоскости первого шлифа, полированием удаляют слой покрытия на 2 мкм и более, вновь выявляют микроструктуру и оценивают количественные изменения в ней. Таким образом повто- 40 ряют измерения А«в нескольких продольных шлифах, стараясь располагать их равномерно по толщине покрытия. Результаты измерений в последовательных шлифах на каждом отдельном участке чувст- 45 вительного покрытия усредняют, а средние результаты используют для определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния исследуемого тела в условиях циклического 50 нагружения — нахождения мест действия
MBKcHMBflbHblbx напряжений и деформаций, определения интегральных значений амплитуд деформаций и напряжений, оценки усталостнаго повреждения тела и др. 55
Результаты экспериментальных испытаний способа представлены в таблице.
Результаты определений интегрального значения амплитуды циклических напряжений по данным количественной оценки изменений в микроструктуре чувствительного медного электролитического покрытия в последовательных продольных шлифах по
его толщине, Доверительная вероятность
Р = 0,9, Определение интегрального значения амплитуды циклических напряжений праводили на участке размерами (100х100).10 м на поверхности испытательного конического образца из стали 45, подобного применяемым для тарировки чувствительных электролитических покрытий, Нагружение образца проводили на машине для усталостных испытаний МУИ-6000 на чистый изгиб при вращении. Число циклов нагружения N=
= 1.106. Чувствительное медное электролитическое покрытие толщиной 20 мкм получали по авт.св. М 1191730. Для закрепления покрытия на образце использовали клей
"Циакрин 30", при снятии покрытия применяли ацетон, Последовательное удаление слоев покрытия осуществляли электролитическим полированием, глубину снимаемого слоя оценивали по времени электролиза при контролируемой сйле тока. Микроструктуру покрытия выявляли химическим травлением в солянокислом растворе хлорного железа. Количественные металлографические измерения. проводили линейным методам при подвижном лоле и общем увеличении 487". Заданную точность в определении А получали достаточно большим количеством независимых измерений отрезков на локальном участке олифа. Интегральное значение амплитуды циклических напряжений о,, действовавших на рассматриваемом участке поверхности исследуемого тела при нагружении, определяли по тарировочной зависимости относительной плотности растущих зерен Ад, от значений с4, (см. чертеж).
В таблице интегральные значения амплитуды напряжений, определенные по данным для отдельных шлифов, соответствуют определениям по известному способу. Видно, что указанные значения различаются значимо уже при удалении одного последовательного шлифа от следующего на глубину 2 мкм и более. Следовательно, определения по известному способу значительно менее точны, чем это представляется в таблице по доверительным интервалам для Ад и сто по данным для отдельных: шлифов - эти доверительные интервалы связаны только с точностью количественной оценки изменений в микроструктуре в отдельном шлифе на локальном участке чувствительного покрытия. Повышение точности и достоверности определений па
1753352
Интегральное значение амплитуды циклических напряжений ( Расстояние от плоскости данного шлифа до плоскости предыдущего шлифа, мкм . Номер шлифа Относительная плотность растущих зерен (А ) по данным отдельных шлифов Интегральное значение амплитуды циклических напряжений (а ) по средним данным возрастающего числа шли ов.МПа 0,30+0,02 0,28+0,02 0,20+0,02 189,5+0,8 188,7+0,8 185,5+0,8 1. 1 187,1+14,3 (шлифы 2 и 3) 188,2+7,1 (шлифы 2,3 и 4). 187,9+4,9 (шлифы 2,3,4 и 5) 188,3+4,3 шли ы 2,3,4,5,6 0,32+0,02 0,24+0,02 0,31+0.02 190,3+Ь,8 187,1+0,8 189,9+0,8 предлагаемому способу при использовании ряда продольных шлифов покрытия; распределенных по толщине покрытия с выполнением указанного выше условия, отражается в последовательном сужении доверительного интервала определений о, по средним данным в 2-х, З-х, 4-х и 5-х шлифах, Оценка степени повышения точности и достоверности определений по предлагаемому способу по сравнению с прототипом может быть проведена с использованием известной формулы для расчета доверительного интервала математического ожидания результата: а-х+1,64 у;—, где а — математическое ожйдание результата определения; х — среднее значение результата; 1,64 — квантиль нормированного нормального распределения уровня на доверительной вероятности P = 0,9; о- дисперсия; n — число измерений (использованных шлифов), Из уравнения видно, что при проведении определений в соответствии с предлагаемым способом в 2-х — 4-х шлифах чувствительного покрытия доверительнйй интервал результата сужается соответственно в 1;4-2 раза. Реальное повышение - точности значительно выше (это видно уже иэ данных таблицы), так как на практике значение дисперсии остается неизвестным (для определения дисперсии cr надо прове-. сти более 20 определений в отдельных шлифэх) и расчет доверительного интервала приходится вести по формуле S tak ф= 5 где S — выборочное среднее квадратичное отклонение; Qk — значение квантили распределения Стьюдента уровня доверительной вероятности Р для числа степеней свободы k = n-1. 10 Формула изобретения 1. Способ определения интегральных значений параметров напряженно-деформированного состояния тел при циклическом;нагружении. заключающийся в том, что 15 на поверхности тела закрепляют покрытие из изменяющего под действием циклического деформирования микроструктурные характеристики электролитического металла, подвергают тело с покрытием циклическому 20 деформйрованйю, изготавливают шлиф покрытия и определяют изменение его микроструктуры до и после нагружения, по которым судят об интегральных значениях параметров напряженно-деформированно25 ro состояния тела при нагружении, о т л и - . ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности при контроле локальных участков, изготовление шлифа осуществляют путем поочередного удаления слоев покрытия на 30 глубину не менее 2 мкм, а о параметрах напряженно-деформированного состояния тела судят с учетом изменений микроструктуры указанных слоев; 2. Способ по п.1, отличающийся 35 тем, что удаленйе слоев покрытия осуществляют равномерно по его толщине. 1753352 Ю 176 Юб «(О 230 2>о Составитель E.Èâàíîâ Техред М.Моргентал Корректор Н.Кешеля Редактор Т.Юрчикова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 2763 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
