RU2393454C2 - Способ определения вязкости металла - Google Patents
Способ определения вязкости металла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2393454C2 RU2393454C2 RU2008131342/28A RU2008131342A RU2393454C2 RU 2393454 C2 RU2393454 C2 RU 2393454C2 RU 2008131342/28 A RU2008131342/28 A RU 2008131342/28A RU 2008131342 A RU2008131342 A RU 2008131342A RU 2393454 C2 RU2393454 C2 RU 2393454C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- absolute
- metal
- elongation
- test
- diagram
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к механическим испытаниям, применяемым для оценки надежности металлов, в частности сталей различных классов, марок, структурного состояния. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности количественной оценки вязкости металла. Способ определения вязкости металла включает: фиксирование до проведения испытания начальной длины и исходной площади поперечного сечения образца; регистрацию в процессе испытания диаграммы растяжения, абсолютного упругого и абсолютного пластического удлинения и максимальной нагрузки; фиксирование конечной длины образца и определение после испытания вязкости металла по формуле а=(Ау+Ап)/(FΔLK), где Ay - работа для совершения абсолютного упругого удлинения; Aп - работа для совершения абсолютного пластического удлинения; F - исходная площадь поперечного сечения испытуемого образца; ΔLK - конечное абсолютное удлинение по диаграмме. 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к механическим испытаниям, применяемым для оценки надежности металлов, в частности стали различных классов, марок, структурного состояния.
Вязкость металла характеризует работу внешних сил, которую требуется произвести для того, чтобы совершить определенную деформацию (работу деформации). Вязкость в большей степени, чем другие распространенные механические показатели (прочность, пластичность), чувствительна к неблагоприятному проявлению таких факторов, как снижение температуры механического воздействия или дефектность структуры металла.
Поэтому определению вязкости как характеристики надежности уделяется все большее внимание в оценках служебных качеств металла.
Известен способ определения вязкости металла испытанием ударным изгибом призматических образцов, выполненных с надрезом - определение ударной вязкости [ГОСТ 9454].
Однако данный способ имеет недостатки, снижающие эффективность оценки металла.
1. Определение ударной вязкости предполагает использование образцов определенной конфигурации - с определенной площадью нагружаемого сечения (10×8 мм) и определенной формой надреза, располагаемого на одной из граней. При невозможности выполнения этого условия (например, в испытании плоских образцов, толщина которых менее 10 мм, круглых образцов, надрез которых выполняется по всему периметру, образцов стали с поверхностным упрочнением, выполняемых без надреза) сопоставление ударной вязкости в разных испытаниях может быть лишь условным и отнесено исключительно к используемой конфигурации образцов.
В связи с этим снижается универсальность ударной вязкости как характеристики, пригодной для ранжирования металла по вязкости в испытании образцов с различной конфигурацией.
2. Достаточно пластичный металл в испытании изгибом может быть не доведен до разрушения. Поэтому полная вязкость такого металла в данном испытании не определяется.
Известен способ (растяжение), в котором образец любого металла доводится до разрушения и определяются универсальные характеристики, пригодные для ранжирования металла по силовым показателям (предельным напряжениям) и показателям пластичности (удлинениям) [ГОСТ 1497].
Однако в данном способе не предусмотрено определение вязкости.
Известен способ, использующий для определения вязкости (работы деформации) величину площади под диаграммой растяжения [Золоторевский, B.C. Механические свойства металлов / B.C.Золоторевский. - М.: Металлургия, 1983, с.183].
Однако характеристики механических свойств, предлагаемые в нем для определения площади являются чисто теоретическими, не стандартизированными, пригодными лишь для узких исследований и неприемлемы в практических испытаниях металла.
Наиболее близким к заявляемому является способ, использующий для определения вязкости стандартные показатели, выявляемые в испытании растяжением и широко применяемые для оценки качества металла [Скуднов, В.А. Синергетика явлений и процессов в металловедении, упрочняющих технологиях и разрушении / В.А.Скуднов. - Н. Новгород: НГТУ, 2007, с.49].
По данному способу образец подвергают растяжению до разрыва с фиксированием до проведения испытания начальной длины lн и площади поперечного сечения F, регистрированием в процессе испытания диаграммы растяжения, нагрузки, завершающей упругое удлинение Ру, максимально достигаемой нагрузки Рм, регистрированием после испытания конечной длины lK. Используя эти величины, вязкость, как площадь под диаграммой растяжения, определяется по формуле
W=0,5(σT+σb)εпред,
в которой предел текучести σт=Py/F, предел прочности σb=Pм/F, истинное предельное удлинение εпред=ln(1+δ), относительное удлинение δ=Δl/lH=(lK-lH)/lH.
Фактически величина W выражает удельную работу деформации - полную работу A, характеризующуюся площадью под диаграммой, отнесенную к деформируемому в испытании объему образца V, т.е. величину
a=A/V.
Тем самым получают характеристику механических свойств металла, не зависящую
от деформируемого объема испытуемого образца (при определенной начальной длине lH). Данный способ определения вязкости также имеет существенные недостатки, связанные с проявлением следующих факторов.
1. Фактически величина W является не только приближенным (уменьшенным) представлением площади под диаграммой, но и не включает площадь, которая характеризует работу, необходимую для совершения упругого растяжения. Такое представление площади под диаграммой не всегда может быть оправданным. Прежде всего, это относится к испытанию высокопрочного металла, для которого доля общей работы, относящейся к совершению упругого растяжения, является значительной.
2. Расчет относительного удлинения δ вызывает необходимость фиксирования начальной длины образца lH которая составляет лишь часть полной длины образца. На практике выбор lH определяется геометрическими параметрами испытуемого образца, связывается с площадью поперечного сечения F и регламентируется специальными стандартами по ГОСТ 1497, а также стандартами по качеству различных видов металлоизделий. Фактически величина lH может колебаться в широких пределах: в испытании цилиндрических образцов lH=15÷125 мм (в зависимости от рабочего диаметра); в испытании плоских образцов lH=90÷310 мм (в зависимости от рабочей толщины).
Поэтому величина а, определяемая в данном способе, кроме того, что не обладает точностью, не являться универсальной характеристикой механических свойств, так как не позволяет сопоставлять результаты при различных величинах (в различных испытаниях) начальной длины испытуемого образца.
Задачей настоящего изобретения является совершенствование способа определения вязкости металла.
Технический результат - более точная количественная оценка вязкости металла.
Технический результат достигается тем, что используется способ испытания, по которому образец подвергают растяжению до разрыва с фиксированием до проведения испытания начальной длины и исходной площади поперечного сечения, в процессе испытания регистрируют диаграмму растяжения и максимальную нагрузку, после испытания регистрируют конечную длину образца, в котором в процессе испытания дополнительно регистрируют абсолютное упругое и абсолютное пластическое удлинение, и после испытания определяют вязкость металла по формуле
а=(Ау+Ап)/(FΔLк),
в которой Ay - работа для совершения абсолютного упругого удлинения, которая может быть вычислена по формуле
Ау=0,5РуΔLу,
где Ру - нагрузка, завершающая упругое абсолютное удлинение, ΔLy - абсолютное упругое удлинение;
Ап - работа для совершения абсолютного пластического удлинения, которая может быть вычислена по формуле
Aп=а0ΔLп+а1(ΔLп)2/2+а2(ΔLп)3/3+а3ΔLп)4/4+…+аn(ΔLп)n+1/(n+1),
где ΔLп - абсолютное пластическое удлинение по диаграмме, а0, а1, а2 … an - коэффициенты, количество которых (n) должно обеспечивать достоверную аппроксимацию графика диаграммы растяжения в виде многочлена n-й степени;
F - исходная площадь поперечного сечения испытуемого образца;
ΔLk - конечное абсолютное удлинение по диаграмме.
Величина Ау соответствует площади поля диаграммы, располагающегося под ее прямолинейным отрезком.
Формула для определения Ап получается в результате вычисления интеграла
где РΔL - усилие, необходимое для совершения абсолютного удлинения ΔL, ΔLK - конечное абсолютное удлинение.
Данный интеграл является точным выражением площади под криволинейным участком диаграммы.
Использование при определении площади под диаграммой величины ΔLк, не зависящей от начальной длины образца, означает, что результат определения величины А также не зависит от начальной длины lН.
Используя в оценке вязкости величины а вместо А, получаем характеристику механических свойств металла, которая не зависит от деформируемого объема испытуемого образца и при этом не зависит также и от начальной длины lН.
Рассмотренная процедура аппроксимирования графика диаграммы позволяет эффективно использовать современные информационные технологии в проведении механических испытаний.
При этом величина А в предлагаемом способе может определяться и без использования данной математической процедуры. Например, составляющие работы Ау и Ап могут быть получены в результате геометрических измерений, производимых с помощью известного измерительного прибора - планиметра, и таким образом в целом (учитывая использование измерительных инструментов в определении начальной и конечной длины испытуемого образца) задача определения величины А будет решаться чисто техническим методом.
Определение величины А с применением аппроксимации диаграммы включает в себя также следующие процедуры.
1. Масштабирование осей первичной диаграммы удлинения образца: оси Р - в единицах усилия, прикладываемого к испытуемому образцу (по максимальной зафиксированной нагрузке Рмакс); оси ΔL - в единицах удлинения непосредственно образца (по конечному абсолютному удлинению Δl=lК-lH, зафиксированному на испытанном образце).
2. Отбор точек первичной диаграммы, координаты которых, выраженные в масштабе реального удлинения и усилия, должны обеспечивать достоверную аппроксимацию графика диаграммы в виде многочлена.
3. Компьютерное определение коэффициентов в аппроксимирующем многочлене и далее величин А и а.
Пример выполнения способа
Определялась вязкость стали марки 30 (ГОСТ 1050), находящейся в различных структурных состояниях: вариант первый - в состоянии поставки на волочение; вариант второй - после волочения с обжатием 50%. Определение вязкости производили в испытании растяжением по ГОСТ 1497 на цилиндрических образцах с рабочим диаметром 8 мм двумя способами - согласно прототипу и согласно изобретению.
Растяжение выполняли на универсальной испытательной машине УМЭ-10Т доведением образцов до разрыва с предварительным фиксированием начальной длины lH и площади поперечного сечения образцов F, регистрированием диаграмм растяжения с фиксированием на них нагрузок, завершающих упругое удлинение Ру, и максимальной Рм, абсолютных упругого и пластического и конечного удлинений, регистрированием конечной длины образца.
В определении вязкости согласно изобретению использовали формулу
a=(Ay+Aп)/(FΔLK),
где Ау=PyΔLy, в которой Ру - нагрузка, завершающая упругое удлинение; Ап=a0ΔLп+a1(ΔLп)2/2+a2(ΔLп)3/3+…+an(ΔLп)n+1/(n+1), ΔLу и ΔLп - абсолютные упругое и пластическое удлинения, ΔLп - абсолютное пластическое удлинение (определяемые по диаграмме).
Диаграммы растяжения образцов стали представлены на фиг.1 и 2.
Расчеты по определению вязкости производили с использованием компьютера (таблица).
Как видно из таблицы, вязкость, определенная согласно прототипу, значительно меньше, чем по предлагаемому изобретению. Разница возрастает в испытании более прочной стали.
Выявленное противоречие находит естественное объяснение: фактически в определении вязкости по прототипу учитывается исключительно работа для совершения абсолютного пластического удлинения и не учитывается работа для совершения абсолютного упругого удлинения. Причем площадь, характеризующая эту работу пластического удлинения (представляемая как площадь прямоугольника), оказывается меньшей, чем фактическая площадь под участком диаграммы, относящаяся к абсолютному пластическому удлинению (фиг.1 и 2).
На фиг.1 и 2 приведены диаграммы растяжения образца в состояниях стали, которые соответствуют первому и второму вариантам. Заштрихованными прямоугольниками обозначена площадь, учитываемая в испытании по прототипу, тогда как по предлагаемому способу учитывается полная площадь под диаграммой.
Рассмотренный пример свидетельствует о повышении точности и достоверности определения вязкости металла при использовании заявляемого способа, и пригодности его для ранжирования металла по этому показателю.
Таблица | ||||||
Вариант состояния металла | Исходные данные в определении величины а | а, Дж/мм3, согласно | ||||
F, мм2 | lH, мм | lK, мм | Рм, Н | прототипу | изобретению | |
первый | 50,2 | 40 | 14 | 2905 | 110 | 194 |
второй | 6 | 3670 | 94 | 225 |
Claims (1)
- Способ определения вязкости металла, по которому образец подвергают растяжению до разрыва, с фиксированием до проведения испытания начальной длины и исходной площади поперечного сечения, в процессе испытания регистрируют диаграмму растяжения и максимальную нагрузку, после испытания регистрируют конечную длину образца, отличающийся тем, что в процессе испытания дополнительно регистрируют абсолютное упругое и абсолютное пластическое удлинения, и после испытания определяют вязкость металла по формуле
а=(Ау+Ап)/(FΔLк),
в которой Ay - работа для совершения абсолютного упругого удлинения;
Aп - работа для совершения абсолютного пластического удлинения;
F - исходная площадь поперечного сечения испытуемого образца;
ΔLк - конечное абсолютное удлинение по диаграмме.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008131342/28A RU2393454C2 (ru) | 2008-07-29 | 2008-07-29 | Способ определения вязкости металла |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008131342/28A RU2393454C2 (ru) | 2008-07-29 | 2008-07-29 | Способ определения вязкости металла |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008131342A RU2008131342A (ru) | 2010-02-10 |
RU2393454C2 true RU2393454C2 (ru) | 2010-06-27 |
Family
ID=42123342
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008131342/28A RU2393454C2 (ru) | 2008-07-29 | 2008-07-29 | Способ определения вязкости металла |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2393454C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570237C1 (ru) * | 2014-06-10 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения вязкости металлических материалов |
RU2643698C1 (ru) * | 2017-05-18 | 2018-02-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Способ оценки деформируемости плоских образцов, изготовленных методом селективного лазерного спекания |
RU2646548C1 (ru) * | 2016-09-15 | 2018-03-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения вязкости металлических материалов |
-
2008
- 2008-07-29 RU RU2008131342/28A patent/RU2393454C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Скуднов В.А. Синергетика явлений и процессов в металловедении, упрочняющих технологиях и разрушении / В.А.Скуднов. - Н. Новгород: НГТУ, 2007, с.49. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2570237C1 (ru) * | 2014-06-10 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения вязкости металлических материалов |
RU2646548C1 (ru) * | 2016-09-15 | 2018-03-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения вязкости металлических материалов |
RU2643698C1 (ru) * | 2017-05-18 | 2018-02-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Способ оценки деформируемости плоских образцов, изготовленных методом селективного лазерного спекания |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008131342A (ru) | 2010-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9128018B2 (en) | Method for evaluating corrosion-fatigue life of steel material | |
Bao | Dependence of ductile crack formation in tensile tests on stress triaxiality, stress and strain ratios | |
Dyson et al. | A new method of predicting creep life | |
Mayer et al. | Fatigue of 2024-T351 aluminium alloy at different load ratios up to 1010 cycles | |
RU2393454C2 (ru) | Способ определения вязкости металла | |
Chen et al. | Validation of constitutive models for experimental stress-strain relationship of high-strength steel sheets under uniaxial tension | |
JP3874490B2 (ja) | 高速引張試験における計測方法 | |
JP6543019B2 (ja) | 鋼材の腐食疲労寿命の評価方法 | |
RU2599069C1 (ru) | Способ определения предела выносливости материала при растяжении-сжатии | |
RU2339018C1 (ru) | Способ определения остаточного ресурса металла длительно эксплуатируемых стальных труб | |
Shinko et al. | Ductile crack growth resistance and rotation behavior of miniature C (T) specimen | |
JP7388201B2 (ja) | 応力評価方法、曲げ加工性評価方法、および金属部材の製造方法 | |
CN110031281B (zh) | 一种确定钢材种类的方法 | |
RU2553829C1 (ru) | Способ механического испытания металла | |
RU2238535C2 (ru) | Способ определения повреждаемости нагруженного материала и ресурса его работоспособности | |
RU2204817C1 (ru) | Способ определения технического состояния материалов элементов конструкции | |
RU2691751C1 (ru) | Способ определения предельного состояния материала магистральных газопроводов | |
RU2207537C2 (ru) | Способ определения прочности металлов на растяжение | |
US5767415A (en) | Method for non-destructive determination of fatigue limits and fracture toughness in components of various shapes | |
DE NORMALISATION et al. | Test method for the determination of a cracking resistance index for advanced high strength steel sheets | |
Brown Jr et al. | Current status of plane crack toughness testing | |
KR20020051073A (ko) | 강판의 가공 취성 특성 평가방법 | |
RU2300750C2 (ru) | Способ определения предельного напряжения сдвига материалов | |
JPS63229339A (ja) | 応力拡大係数測定方法および亀裂部材の残余寿命監視装置 | |
RU2712776C1 (ru) | Способ оценки механических характеристик деформированных металлических объектов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100730 |