Способ определения механических характеристик конструкционных и композитных материалов

 

Изобретение относится к метрологической технологии конструкционных и композитных материалов, по результатам которой устанавливается связь параметров процесса растяжения образцов с характеристиками внедрения инденторов различного исполнения. Способ определения механических характеристик конструкционных и композитных материалов состоит из закрепления образца в захватах разрывной машины и последующего его растяжения с записью 7 диаграмм _i-_i.Испытание на растяжение проводят совместно с внедрением инденторов, установленных в головках захватов разрывной машины, причем инденторы деформируют испытуемый материал с тыльной стороны головки образца. Захваты разрывной машины выполнены шарнирно-откидными с навинчиваемой гайкой. Диаметр головки образца в 3-5 раз больше диаметра основной разрушаемой части образца. Достигаемым техническим результатом является возможность одновременного проведения испытаний образца растяжением и внедрением инденторов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к метрологической технологии конструкционных и композитных материалов, по результатам которой устанавливается связь параметров процесса растяжения образцов с характеристиками внедрения инденторов различного исполнения.

Известно множество методов определения механических характеристик материалов деталей машин, в числе которых испытания растяжением и/или внедрением инденторов [2-15]. И всякий раз при раздельном испытании растяжением [2, 6, 8, 9, 11], а затем внедрением сферой или конусом [3, 4, 7, 12, 13] отыскивается связь полученных характеристик [1], которые, как известно, зависят от формы образца [5] и особенностей индентора [15].

С целью устранения недостатков известных методов, принятых за прототип [4], предлагается испытания проводить за один технологический цикл, т.е. растяжение образца и внедрение инденторов, например сферических и конических, выполнять одновременно. Для этого используется один образец, например цилиндрический, с увеличенными головками для внедрения сферических и конических инденторов. Для чего захваты разрывной машины снабжены упомянутыми инденторами и выполнены шарнирно-откидными с навинчиваемой гайкой для их рабочего позиционирования.

Сущность комплексного изобретения поясняется графически, где на фиг. 1 - компоновочная схема испытания на растяжение-внедрение, на фиг. 2 - выноска I на фиг. 1, на фиг. 3 - выноска II на фиг. 1.

Из фиг. 1 следует, что образец 1, в частности цилиндрический диаметром d, устанавливается в захватах 2 разрывной машины через как бы тыльные (внутренние) его торцы 3 диаметром D = (3-5)d. Увеличенный диаметр D торца позволяет разместить пластические области 4 от внедряемых инденторов, установленных в захватах. Согласно фиг. 1 и 2 верхние захваты имеют конические инденторы 5 (см. фиг. 2), а нижние - сферические 6, как это следует из фиг. 1 и 3. Причем инденторы размещены взаимно симметрично, например под углом 120^o, если их 3 шт.

Захваты выполнены с шарнирами 7 и снабжены гайками 8, которые обеспечивают надлежащее позиционирование инденторам относительно оси цилиндра образца.

При испытаниях под нагрузкой P образец растягивается, а инденторы 5, 6 внедряются, образуя пластические области 4. Записанная машинная диаграмма ₁ - ₁, и данные пластических отпечатков 4 на торцах 3 образцов целиком и полностью описывают напряженно-деформированные состояния, а главное связывают характеристики после растяжения с характеристиками после внедрения и конусом, и сферой. При этом связь между ними очевидна.

Нас не интересует механизм трения между материалом и инденторами, механизм деформирования отпечатка с эффектом упрочнения или без него.

Имеются взаимосвязанные данные, которыми следует пользоваться при оценке состояния поверхностного слоя уже сформированной детали. В этом и есть суть эффективности заявленного изобретения.

Источники информации 1. Дель Г. Д. Технологическая механика.- М.: Машиностроение, 1978. С. 83-88.

2. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. - М.: Машиностроение, 1979. С. 55-86.

3. Методы измерения твердости металлов и сплавов/Гудков А.А., Славский Ю.И.- М.: Металлургия, 1982. С. 14-60.

4. Жуковец И.И. Механические испытания металлов. - М.: Высш. шк., 1986. С. 52-75, 22-46.

5. А.с. 718759 СССР, МПК G 01 N 1/28, G 01 N 3/08. Цилиндрический образец. Опубл. РЖ N 8, 1980.

6. А.с. 731350 СССР, МПК G 01 N 3/18. Способ испытания образцов конструкционных материалов на растяжение. Опубл. РЖ 16,1980.

7. А.с. 800813 СССР, МПК G 01 N 3/42. Способ измерения твердости. Опубл. РЖ N 4, 1981.

8. А. с. 920445 СССР, МПК G 01 N 3/08. Способ испытания материалов на растяжение. Опубл. РЖ N 14, 1982.

9. А. с. 938078 СССР, МПК G 01 N 3/08. Способ испытания материалов на растяжение. Опубл. РЖ N 23, 1982.

10. А.с. 978009 СССР, МПК G 01 N 3/42. Способ определения сопротивления пластической деформации материала. Опубл. РЖ N 7, 1983.

11. А. с. 983501/CCCP, МПК G 01 N 3/08. Способ испытаний материалов на растяжение. Опубл. РЖ N 8, 1983.

12. А. с. 989379 СССР, МПК G 01 N 3/42. Способ измерения твердости. Опубл. РЖ N 10, 1983.

13. Патент N 3969928 США, МПК G 01 N 3/08. Способ определения прочности механических характеристик материалов без их разрушения. Публ. 1976, 20 июля, том 948, N 3.

14. Заявка N 2097939, Великобритания, МПК G 01 N 3/44. Усовершенствование индентора для определения твердости. Публ. 82 11 10 N 4889.

15. Патент N 3738161 США, МПК G 01 N 3/44. Наконечник аппарата для испытания твердости металлов вдавливанием. Публ. 1973, 12 июня, том 911, N 2.

Формула изобретения

1. Способ определения механических характеристик конструкционных и композитных материалов путем закрепления образца в захватах разрывной машины и последующего его растяжения с записью диаграмм _i-_i, отличающийся тем, что испытание на растяжении ведут совместно с внедрением инденторов, установленных в шарнирно-откидных с навинчиваемой гайкой захватах разрывной машины, причем инденторы деформируют испытуемый материал с тыльных сторон головок образца, размер (диаметр) которых в 3 - 5 раз превышает этот параметр его основной части.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно проводят внедрение конических и сферических инденторов в головки образца, причем верхние захваты имеют конические инденторы, а нижние - сферические.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что процесс внедрения осуществляется по крайней мере тремя симметрично расположенными инденторами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3