PL225343B1 - Sposób badania uszkodzenia struktury materiału wywołanego deformacją trwałą próbki poddanej rozciąganiu i próbka do badania uszkodzenia struktury materiału - Google Patents

Abstract

Rozciąganiu do zerwania poddaje się próbkę płaską z częścią pomiarową o grubości ("a") w kształcie wydłużonego trapezu równoramiennego o długości ("l") której zbieżność wynosi: (A:) gdzie(bmin) oznacza najmniejszą szerokość części pomiarowej próbki, przy czym pole najmniejszego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku siły obciążającej próbkę do wytrzymałości badanego materiału na rozciąganie Rm, a pole największego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku tej siły do granicy plastyczności Re badanego materiału. Przed badaniem na części pomiarowej zaznacza się działki w ustalonych odstępach, a z odkształconej próbki wykonuje się zgłady metalograficzne, służące do obserwacji uszkodzenia odpowiadającego określonemu odkształceniu. Zgłady służące do obserwacji uszkodzenia wycina się w miejscach zaznaczonych działkami, w których to miejscach dokonuje się pomiaru grubości i szerokości próbki przed i po zerwaniu próbki. Część pomiarowa z zaznaczonymi granicami i działkami jest wykonana między główkami próbki.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób badania uszkodzenia struktury materiału wywołanego deformacją trwałą próbki poddanej rozciąganiu i próbka do badania uszkodzenia struktury materiału, mające zastosowanie w badaniach właściwości wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych, zwłaszcza metalowych.

Deformacja materiałów konstrukcyjnych powoduje uszkodzenie struktury i w efekcie końcowym zniszczenie materiału. Analiza rozwoju uszkodzeń wywołanych deformacją polega na obserwacji zmian struktury materiału poddanego określonej deformacji. W tym celu wykonuje się serię próbek, które następnie poddaje się jednoosiowemu rozciąganiu do osiągnięcia określonych wartości odkształcenia trwałego. Z odkształconych próbek wykonuje się zgłady metalograficzne służące do obserwacji degradacji struktury odpowiadającej określonej deformacji.

Typowe próbki do badania wytrzymałości materiału na rozciąganie mają część pomiarową o stałym polu okrągłego lub prostokątnego przekroju poprzecznego, wykonaną pomiędzy częściami chwytowymi służącymi do zamocowania próbki w uchwycie maszyny wytrzymałościowej zwanej zrywarką. Najczęściej długość części pomiarowej jest większa od czterech do dziesięciu razy od jej sz erokości lub średnicy. Stosowane są także próbki o kształcie klepsydrycznym lub próbki płaskie z łuk owo ukształtowanymi bokami. Taki kształt próbki zapewnia koncentrację naprężeń w jej najmniejszym przekroju. Jeżeli pole przekroju poprzecznego nie jest stałe na całej długości części pomiarowej, to przejście powinno mieć łagodny charakter, aby podczas rozciągania nie wystąpiła koncentracja naprężenia wywołana obecnością karbu. Na części pomiarowej próbki zaznacza się granice odcinka pomiarowego oraz działki w ustalonych odstępach, a po wykonaniu badania ustala się odkształcenie odpowiadające wydłużeniu całej próbki albo zmierzonemu podczas próby przemieszczeniu uchwytów zrywarki. Wykonanie serii identycznych próbek i poddanie ich rozciąganiu jest kosztowne i zajmuje dużo czasu. Ponadto, próbki te mogą się różnić co do struktury początkowej co wpływa na proces uszkodzenia i powoduje określone trudności przy interpretacji wyników badań.

Sposób badania uszkodzenia struktury materiału wywołanego deformacją trwałą próbki poddanej rozciąganiu, w którym przed badaniem na części pomiarowej zaznacza się działki w ustalonych odstępach, a z odkształconej próbki wykonuje się zgłady metalograficzne służące do obserwacji uszkodzenia odpowiadającego określonej deformacji, według wynalazku charakteryzuje się tym, że rozciąganiu do zerwania poddaje się próbkę płaską z częścią pomiarową o grubości „a” w kształcie wydłużonego trapezu równoramiennego o długości „l’, której zbieżność wynosi:

/?J

1:--(Λ m Re)b_mino gdzie b_min oznacza najmniejszą szerokość części pomiarowej próbki, przy czym pole najmniejszego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku siły obciążającej próbkę do wytrzymałości badanego materiału na rozciąganie R_m, pole największego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku tej siły do granicy plastyczności R_e badanego materiału, zaś zgłady służące do obserwacji uszkodzenia wycina się w miejscach zaznaczonych działkami, w których to miejscach dokonuje się pomiaru grubości i szerokości próbki przed i po zerwaniu próbki.

Próbka do badania uszkodzenia struktury materiału, w której część pomiarowa wykonana pomiędzy częściami chwytowymi ma zmienny przekrój poprzeczny, a na części pomiarowej są zaznaczone granice i działki w ustalonych odstępach, według wynalazku charakteryzuje się tym, że próbka ma płaską część pomiarową o grubości „a” w kształcie wydłużonego trapezu równoramiennego, której zbieżność wynosi:

/?J

1:--(Λ m Re)b_mino gdzie b_min oznacza najmniejszą szerokość części pomiarowej próbki, przy czym pole najmniejszego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku siły obciążającej próbkę do wytrzymałości badanego materiału na rozciąganie R_m, a pole największego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku tej siły do granicy plastyczności R_e badanego materiału.

Korzystnym jest, jeżeli zbieżność części pomiarowej wynosi od 1:10 do 1:50.

W rozwiązaniu według wynalazku opisany kształt próbki zapewnia koncentrację naprężeń i zerwanie próbki w jej najwęższym przekroju usytuowanym na jednym końcu części pomiarowej, oraz powstanie w pozostałej części pomiarowej próbki odkształceń malejących w kierunku jej najszerszego

PL 225 343 B1 przekroju. W rezultacie sposób według wynalazku pozwala na zastąpienie serii próbek jedną próbką o opisanej geometrii części pomiarowej.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie realizacji zilustrowanym rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia próbkę w widoku z góry, a fig. 2 przedstawia próbkę w widoku z boku.

Jak przedstawiono na rysunku, próbka do badania uszkodzenia struktury materiału składa się z płaskiej części pomiarowej o grubości „a”, wykonanej pomiędzy częściami chwytowymi służącymi do zamocowania próbki w uchwycie zrywarki. Część pomiarowa ma kształt wydłużonego trapezu równoramiennego, którego podstawy są wyznaczone przez pole najmniejszego i największego przekroju części pomiarowej. Na części pomiarowej są zaznaczone jej granice oraz działki w ustalonych odstępach. Pole najmniejszego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku siły obciążającej próbkę do wytrzymałości badanego materiału na rozciąganie, a pole największego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku tej siły do granicy plastyczności badanego materiału. Zbieżność części pomiarowej wynosi:

R_el

1:--(Λ m Re)b_mino gdzie b_min oznacza najmniejszą szerokość części pomiarowej próbki. W praktyce zbieżność części pomiarowej dla materiałów konstrukcyjnych metalowych wynosi od 1:10 do 1:50.

Zastosowanie części pomiarowej o liniowo zmiennym polu przekroju pozwala uzyskać pole odkształceń, których wartość zmienia się wzdłuż osi próbki. Pole najmniejszego przekroju części pomiarowej próbki oblicza się z zależności:

p _Λ _ ¹ max Amin ~p

Am gdzie F_max jest maksymalną siłą obciążającą próbkę a R_m jest wytrzymałością badanego materiału na rozciąganie wyznaczoną w statycznej próbie rozciągania.

Podobnie, pole największego przekroju części pomiarowej próbki wyznacza się z następującej zależności:

p _Λ _ ¹ max mnax ~~r,

Ae gdzie R_e jest granicą plastyczności badanego materiału. Maksymalna siła F_max w podanych zależnościach musi mieścić się w zakresie obciążeń zastosowanej maszyny wytrzymałościowej.

Znając pole najmniejszego przekroju części pomiarowej próbki oraz jej grubość „a”, możemy określić minimalną szerokość próbki w części pomiarowej z zależności:

A _Ł _ ^min bmin a

Analogicznie, znając pole największego przekroju części pomiarowej próbki oraz jej grubość „a”, możemy określić maksymalną szerokość próbki w części pomiarowej z zależności:

A _Ł _ ^min bmin a

gdzie b_max jest to największa szerokość próbki w części pomiarowej.

W trakcie statycznej próby rozciągania wykonanej z użyciem proponowanej próbki monotoniczne zwiększenie siły do wartości F_max doprowadzi do zerwania próbki w najwęższym przekroju części pomiarowej. W wybranych punktach pozostałej części pomiarowej uzyskana zostanie odpowiednio mniejsza wartość odkształcenia, co pozwoli na wycięcie zgładów metalograficznych i analizę uszkodzeń struktury odpowiadających określonemu odkształceniu.

Odkształcenie w wybranym punkcie części pomiarowej próbki określa się dokonując pomiaru szerokości i grubości próbki w miejscu zaznaczonym przed wykonaniem próby rozciągania. Znakowanie próbki, określające działki w granicach części pomiarowej, wykonuje się poprzez delikatne naniesienie poprzecznych rys na części pomiarowej próbki, widocznych na fig. 1, dzięki czemu możliwy jest pomiar grubości i szerokości próbki dokładnie w zaznaczonych miejscach, zarówno przed wykonaniem statycznej próby jak i po badaniu.

Na podstawie pomiarów wykonanych przed i po zerwaniu próbki określa się odkształcenie w kierunku szerokości ε₂ oraz w kierunku grubości próbki s₃. Odkształcenie wzdłużne (w kierunku osi próbki) oblicza się z warunku nieściśliwości:

PL 225 343 B1 ει = -(ε₂ + ε₃)

Znajomość wartości odkształcenia trwałego w danym przekroju próbki w połączeniu z analizą struktury w tym miejscu pozwala na prześledzenie ewolucji uszkodzenia struktury materiału wywołanej jego deformacją trwałą.

Claims (3)

1. Sposób badania uszkodzenia struktury materiału wywołanego deformacją trwałą próbki poddanej rozciąganiu, w którym przed badaniem na części pomiarowej zaznacza się działki w ustalonych odstępach, a z odkształconej próbki wykonuje się zgłady metalograficzne służące do obserwacji uszkodzenia odpowiadającego określonemu odkształceniu, znamienny tym, że rozciąganiu do zerwania poddaje się próbkę płaską z częścią pomiarową o grubości „a” w kształcie wydłużonego trapezu równoramiennego o długości „l’, której zbieżność wynosi:

R_el

1:--(Λ m Re)bmino gdzie b_min oznacza najmniejszą szerokość części pomiarowej próbki, przy czym pole najmniejszego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku siły obciążającej próbkę do wytrzymałości badanego materiału na rozciąganie R_m, pole największego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku tej siły do granicy plastyczności R_e badanego materiału, zaś zgłady służące do obserwacji uszkodzenia wycina się w miejscach zaznaczonych działkami, w których to miejscach dokonuje się pomiaru grubości i szerokości próbki przed i po zerwaniu próbki.

2. Próbka do badania uszkodzenia struktury materiału, w której część pomiarowa wykonana pomiędzy główkami ma zmienny przekrój poprzeczny, a na części pomiarowej są zaznaczone granice i działki w ustalonych odstępach, znamienna tym, że ma płaską część pomiarową o grubości „a” w kształcie wydłużonego trapezu równoramiennego, której zbieżność wynosi:

R_el

1:--(R _m Re)bminO gdzie b_min oznacza najmniejszą szerokość części pomiarowej próbki, przy czym pole najmniejszego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku siły obciążającej próbkę do wytrzymałości badanego materiału na rozciąganie R_m, a pole największego przekroju części pomiarowej wyznacza się ze stosunku tej siły do granicy plastyczności R_e badanego materiału.

3. Próbka według zastrz. 2, znamienna tym, że zbieżność części pomiarowej wynosi od 1:10 do 1:50.