RU2163012C2

RU2163012C2 - Process determining mechanical characteristics of structural and composite materials

Info

Publication number: RU2163012C2
Application number: RU99105960/28A
Authority: RU
Inventors: В.П. Усов; Б.А. Кравченко; В.А. Будаев; Е.А. Крайнова; М.В. Усов; Д.В. Сумин
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2001-02-10

Abstract

FIELD: metrology. SUBSTANCE: invention is related to metrological technology of structural and composite materials by which results relation between parameters of process of tension of specimens and characteristics of penetration of indenters of various implementation is established. Process determining mechanical characteristics of structural and composite materials involves anchoring of specimen in grippers of tearing machine and its subsequent tension with recording of σ_i-ε_i. diagrams. Tension test is carried out simultaneously with penetration of indenters mounted in heads of grippers of tearing machine. Indenters deform tested materials on rear side of specimen. Grippers of tearing machine are of hinge-flap type with screwed on nuts. Diameters of head of specimen is three-five time times as much as diameter of basic broken part of specimen. EFFECT: simultaneous test of specimen for tension and by penetration of indenters. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к метрологической технологии конструкционных и композитных материалов, по результатам которой устанавливается связь параметров процесса растяжения образцов с характеристиками внедрения инденторов различного исполнения. The invention relates to the metrological technology of structural and composite materials, the results of which establish the relationship of the parameters of the process of stretching samples with the characteristics of the introduction of indenters of various designs.

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]. There are many methods for determining the mechanical characteristics of materials of machine parts, including tensile and / or indenter testing [2-15]. And each time during a separate tensile test [2, 6, 8, 9, 11], and then the introduction of a sphere or cone [3, 4, 7, 12, 13], a connection is found between the obtained characteristics [1], which, as you know, depend on the shape of the sample [5] and the features of the indenter [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. In order to eliminate the shortcomings of the known methods adopted as a prototype [4], it is proposed to carry out tests in one technological cycle, i.e. Stretching the sample and the introduction of indenters, for example spherical and conical, to perform simultaneously. For this purpose, one sample is used, for example, a cylindrical one, with enlarged heads for introducing spherical and conical indenters. Why the grips of the tensile testing machine are equipped with the said indenters and are hinged-folding with a screw nut for their working positioning.

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.The essence of the complex invention is illustrated graphically, where
in FIG. 1 - layout of the tensile test-implementation,
in FIG. 2 - callout I in FIG. 1,
in FIG. 3 - callout II in FIG. 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.From FIG. 1 it follows that sample 1, in particular a cylindrical diameter d, is installed in the grippers 2 of the explosive machine through the rear (internal) ends 3 of the diameter D = (3-5) d. The increased diameter D of the end allows you to place the plastic area 4 from the introduced indenters installed in the grips. According to FIG. 1 and 2, the upper grips have conical indenters 5 (see Fig. 2), and the lower ones are spherical 6, as follows from FIG. 1 and 3. Moreover, the indenters are placed mutually symmetrically, for example at an angle of 120 ^o , if there are 3 of them.

Захваты выполнены с шарнирами 7 и снабжены гайками 8, которые обеспечивают надлежащее позиционирование инденторам относительно оси цилиндра образца. The grips are made with hinges 7 and provided with nuts 8, which ensure proper positioning of the indenters relative to the axis of the sample cylinder.

При испытаниях под нагрузкой P образец растягивается, а инденторы 5, 6 внедряются, образуя пластические области 4. Записанная машинная диаграмма δ₁ - ε₁, 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.In tests under load P, the sample is stretched, and indenters 5, 6 penetrate, forming plastic regions 4. The recorded machine diagram δ ₁ - ε ₁ and the data of plastic fingerprints 4 at the ends of 3 samples completely and completely describe stress-strain states, and most importantly, bind characteristics after stretching with characteristics after implantation by both the cone and the sphere. Moreover, the connection between them is obvious.

Нас не интересует механизм трения между материалом и инденторами, механизм деформирования отпечатка с эффектом упрочнения или без него. We are not interested in the mechanism of friction between the material and the indenters, the mechanism of deformation of the indent with or without hardening effect.

Имеются взаимосвязанные данные, которыми следует пользоваться при оценке состояния поверхностного слоя уже сформированной детали. В этом и есть суть эффективности заявленного изобретения. There are interrelated data that should be used when assessing the state of the surface layer of an already formed part. This is the essence of the effectiveness of the claimed invention.

Источники информации
1. Дель Г. Д. Технологическая механика.- М.: Машиностроение, 1978. С. 83-88.Sources of information
1. Del G. D. Technological mechanics .- M.: Mechanical Engineering, 1978. S. 83-88.

2. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. - М.: Машиностроение, 1979. С. 55-86. 2. Markovets M.P. Determination of the mechanical properties of metals by hardness. - M.: Mechanical Engineering, 1979.P. 55-86.

3. Методы измерения твердости металлов и сплавов/Гудков А.А., Славский Ю.И.- М.: Металлургия, 1982. С. 14-60. 3. Methods for measuring the hardness of metals and alloys / Gudkov A.A., Slavsky Yu.I.- M .: Metallurgy, 1982. P. 14-60.

4. Жуковец И.И. Механические испытания металлов. - М.: Высш. шк., 1986. С. 52-75, 22-46. 4. Zhukovets I.I. Mechanical tests of metals. - M .: Higher. school., 1986. S. 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. 5. A.S. 718759 USSR, IPC G 01 N 1/28, G 01 N 3/08. Cylindrical sample. Publ. RJ 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. 6. A.S. 731350 USSR, IPC G 01 N 3/18. Method for tensile testing of samples of structural materials. Publ. RJ 16.1980.

7. А.с. 800813 СССР, МПК G 01 N 3/42. Способ измерения твердости. Опубл. РЖ N 4, 1981. 7. A.S. 800813 USSR, IPC G 01 N 3/42. A method of measuring hardness. Publ. 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. 8. A. p. 920445 USSR, IPC G 01 N 3/08. Method for tensile testing of materials. Publ. 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. 9. A. p. 938078 USSR, IPC G 01 N 3/08. Method for tensile testing of materials. Publ. 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. 10. A.S. 978009 USSR, IPC G 01 N 3/42. A method for determining the resistance to plastic deformation of a material. Publ. 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. 11. A. p. 983501 / CCCP, IPC G 01 N 3/08. Method for tensile testing of materials. Publ. РЖ N 8, 1983.

12. А. с. 989379 СССР, МПК G 01 N 3/42. Способ измерения твердости. Опубл. РЖ N 10, 1983. 12. A. p. 989379 USSR, IPC G 01 N 3/42. A method of measuring hardness. Publ. 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. 13. U.S. Patent No. 3969928, IPC G 01 N 3/08. A method for determining the strength of the mechanical characteristics of materials without destroying them. Publ. 1976, July 20, Volume 948, No. 3.

14. Заявка N 2097939, Великобритания, МПК G 01 N 3/44. Усовершенствование индентора для определения твердости. Публ. 82 11 10 N 4889. 14. Application N 2097939, UK, IPC G 01 N 3/44. Improvement of the indenter for determining hardness. Publ. 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. 15. U.S. Patent No. 3,738,161, IPC G 01 N 3/44. The tip of the apparatus for testing the hardness of metals by indentation. Publ. 1973, June 12, Volume 911, No. 2.

Claims

1. The method of determining the mechanical characteristics of structural and composite materials by fixing the sample in the grips of a tensile testing machine and its subsequent tension with recording diagrams σ _i -ε _i , characterized in that the tensile test is carried out in conjunction with the introduction of indenters installed in hinged-folding with screw nut grips of the tensile testing machine, and the indenters deform the test material from the back of the sample heads, the size (diameter) of which is 3-5 times greater than this parameter of its main part.

2. The method according to claim 1, characterized in that the conical and spherical indenters are simultaneously introduced into the sample heads, the upper grips having conical indenters and the lower ones being spherical.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the implementation process is carried out by at least three symmetrically located indenters.