RU2499244C1 - Method to determine residual stresses and energy characteristics of gas thermal coatings - Google Patents
Method to determine residual stresses and energy characteristics of gas thermal coatings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2499244C1 RU2499244C1 RU2012113993/28A RU2012113993A RU2499244C1 RU 2499244 C1 RU2499244 C1 RU 2499244C1 RU 2012113993/28 A RU2012113993/28 A RU 2012113993/28A RU 2012113993 A RU2012113993 A RU 2012113993A RU 2499244 C1 RU2499244 C1 RU 2499244C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- coating
- residual stresses
- residual
- deformation
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а более точно касается определения остаточных напряжений в покрытии и энергии, необходимой для их высвобождения. Изобретение может быть использовано для контроля качества газотермических покрытий при разработке новых технологий и текущего контроля серийных технологий.The invention relates to mechanical testing of thermal coatings, and more specifically relates to the determination of residual stresses in the coating and the energy necessary for their release. The invention can be used to control the quality of thermal coatings in the development of new technologies and the current control of serial technologies.
Известен способ определения деформации газотермических покрытий [A. Kucuk, С.С. Bemdt, U. Senturk, R.S. Lima, C.R. Lima Influence of plasma spray parameters on mechanical properties ofyttria stabilized zirconia coatings. I: Four point bend test // Materials Science and Engineering, 2000, A284, p.29-40], осуществляемый нагруженном по 4-х точечной схеме образца с покрытием, расположенным сверху так, чтобы при нагружении покрытие в средней части образца подвергалось сжатию. Данный способ не позволяет определить значение остаточных напряжений и энергии, высвобождающейся при разгружении образца, так как использует более мягкий, чем растяжение, тип нагружения образца.A known method for determining the deformation of thermal coatings [A. Kucuk, S.S. Bemdt, U. Senturk, R.S. Lima, C.R. Lima Influence of plasma spray parameters on mechanical properties ofyttria stabilized zirconia coatings. I: Four point bend test // Materials Science and Engineering, 2000, A284, p.29-40], carried out loaded on a 4-point scheme of the sample with the coating located on top so that when loading the coating in the middle of the sample was compressed . This method does not allow to determine the value of residual stresses and energy released during unloading of the sample, as it uses a softer than tension type of loading of the sample.
Известен способ определения прочности газотермического покрытия [United States Patent 4876148, «Ceramic bodies having a plurality of stress zones», 10/24/1989], осуществляемый нагруженном по 4-х точечной схеме образца с покрытием, расположенным снизу так, чтобы при нагружении покрытие в средней части образца подвергалось растяжению. Нагружение осуществляется до разрушения покрытия. Однако в данном способе не используются нагрузки, которые формировали бы в газотермических покрытиях упругие деформации, позволяющие определить остаточные напряжения, а также энергию, требующуюся для их снятия.A known method for determining the strength of a thermal coating [United States Patent 4876148, "Ceramic bodies having a plurality of stress zones", 10/24/1989], carried out loaded on a 4-point pattern of the sample with a coating located below so that when loading the coating in the middle part of the sample was subjected to stretching. Loading is carried out until the coating is destroyed. However, this method does not use loads that would form elastic deformations in gas-thermal coatings, which allow determining residual stresses, as well as the energy required to relieve them.
Техническим результатом является получение комплекса механических характеристик газотермического покрытия, которые позволяют контролировать его качество и создавать совершенный технологический процесс его получения.The technical result is to obtain a set of mechanical characteristics of a thermal spray coating, which allow to control its quality and create a perfect technological process for its production.
Технический результат достигается тем, что в способе определения остаточных напряжений и энергетических характеристик газотермического покрытия, включающем нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по 4-х точечной схеме, новым является то, что нагружение образца осуществляют плавно до величины нагрузки, не превышающей предел упругости материала покрытия, последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие, продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю, и измеряют остаточную деформацию сжатия, по полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики, включающие: энергию высвобождения внутренних напряжений (Дж); энергию, необходимую для полной релаксации остаточных напряжений (Дж); плотность энергии, необходимой для полной релаксации остаточных напряжений (Дж/м3 The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the residual stresses and energy characteristics of the thermal spray coating, which includes loading the sample with a thermal spray, placed on the supports with the coating down, with a static load according to a 4-point circuit, it is new that the sample is loaded smoothly to a value loads not exceeding the elastic limit of the coating material are successively unloaded to a tensile strain value of zero, while the residual force is measured, continue unloading until a force value of zero is obtained, and the residual deformation of compression is measured, the residual stresses in the coating and its energy characteristics are calculated from the obtained deformation hysteresis, including: release energy of internal stresses (J); energy necessary for complete relaxation of residual stresses (J); energy density necessary for complete relaxation of residual stresses (J / m 3
На фиг.1 представлена схема 4-точечного изгиба, где 1 - прямоугольный металлический образец (пластина); 2 - подслой; 3 - покрытие; 4 - тензодатчик; 5 - измеритель деформации; 6- устройство для нагружения.Figure 1 presents a diagram of a 4-point bend, where 1 is a rectangular metal sample (plate); 2 - sublayer; 3 - coating; 4 - strain gauge; 5 - strain gauge; 6- device for loading.
На фиг.2 представлены примеры диаграмм деформирования образцов с газотермическим покрытием.Figure 2 presents examples of diagrams of deformation of samples with a thermal coating.
На фиг.3 представлена схема деформационного гистерезиса газотермического покрытия, где: S1 - энергия, потраченная на деформирование образца; S2 - энергия, освобожденная при разгрузке образца; А - часть энергии S2, потраченная на релаксацию остаточных напряжений.Figure 3 presents a diagram of the deformation hysteresis of the thermal coating, where: S 1 is the energy spent on deformation of the sample; S 2 - energy released during unloading of the sample; And - part of the energy S 2 spent on the relaxation of residual stresses.
Сущность способа заключается в следующем. Образец с газотермическим покрытием, расположенный на опорах покрытием вниз, нагружают по 4-х точечной схеме до величины нагрузки не превышающей предел упругости материала покрытия. Затем последовательно разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, при этом измеряют остаточное усилие P0 (H). Далее продолжают разгружение до получения значения усилия, равного нулю и измеряют остаточную деформацию сжатия - L, (мкм). По результатам измерения строится диаграмма в координатах: «Нагрузка - P, (H) - перемещение (абсолютная деформация) - L, (мкм), которая представляет собой деформационный гистерезис. По полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные напряжения в покрытии и его энергетические характеристики, включающие: энергию высвобождения внутренних напряжений (Дж); энергию, необходимую для полной релаксации остаточных напряжений (Дж); плотность энергии, необходимой для полной релаксации остаточных напряжений (Дж/м3).The essence of the method is as follows. A sample with a thermal coating, located on the supports coated down, is loaded according to a 4-point circuit to a load value not exceeding the elastic limit of the coating material. Then, they are successively unloaded to a tensile strain value of zero, while the residual force P 0 (H) is measured. Then, unloading is continued until a force value of zero is obtained and the residual compressive strain - L, (microns) is measured. Based on the measurement results, a diagram is constructed in the coordinates: “Load - P, (H) - displacement (absolute deformation) - L, (μm), which is a deformation hysteresis. Based on the obtained deformation hysteresis, residual stresses in the coating and its energy characteristics are calculated, including: the energy of release of internal stresses (J); energy necessary for complete relaxation of residual stresses (J); energy density necessary for complete relaxation of residual stresses (J / m 3 ).
1. Энергию высвобождения внутренних напряжений S, (Дж) рассчитывают как разницу энергии S1, затраченную на процесс деформирования газотермического покрытия и энергии S2, высвобождающуюся при разгружении покрытия.1. The release energy of internal stresses S, (J) is calculated as the difference of the energy S 1 spent on the process of deformation of the thermal coating and the energy S 2 released during unloading of the coating.
Расчет этих площадей можно осуществить по формулам (2) и (3):The calculation of these areas can be carried out according to formulas (2) and (3):
где Рn1 - нагружение, Н; Рn2 - разгрузка, Н; L, - перемещение, мкм.where P n1 - loading, N; P n2 - unloading, N; L, - displacement, microns.
2. Энергию А (Дж), необходимую для полной релаксации остаточных напряжений в покрытии рассчитывают по формуле:2. The energy A (J) necessary for the complete relaxation of the residual stresses in the coating is calculated by the formula:
где: F- усилие, Н; а - перемещение в области сжатия, мкм, Ро - остаточное усилие, Н.where: F- force, N; a - displacement in the compression region, μm, P o - residual force, N.
На диаграмме гистерезиса энергия А (Дж) соответствует площади прямоугольного треугольника в области сжатия.In the hysteresis diagram, the energy A (J) corresponds to the area of a right triangle in the compression region.
3. Остаточные напряжения σ (МПа) рассчитывают по формуле:3. The residual stress σ (MPa) is calculated by the formula:
где Р0 - остаточное усилие, при котором деформация становится равной нулю; В - ширина образца, мм; Н - полная толщина образца, мм; С - расстояние, между нагруженной и опорной балкой, 10 мм.where P 0 is the residual force at which the deformation becomes equal to zero; In - the width of the sample, mm; H is the total thickness of the sample, mm; C is the distance between the loaded and the supporting beam, 10 mm
4. Плотность энергии релаксации остаточных напряжений, Дж/м3 рассчитывается по формуле:4. The energy density of the relaxation of residual stresses, J / m 3 is calculated by the formula:
где σ=Pm/F есть растягивающее напряжение. Модуль упругости Е трехслойной системы (основа-подслой-покрытие), используя правило аддитивности, находим по формуле:where σ = P m / F is tensile stress. The elastic modulus E of the three-layer system (base-sublayer-coating), using the additivity rule, we find by the formula:
где: Еосн., Еподслой, Епк., - модули упругости основы, подслоя и газотермического покрытия, соответственно, МПа; hосн., hподслой, hпк. - толщины основы, подслоя и газотермического покрытия, соответственно, мкм. В результате получают комплекс механических характеристик газотермического покрытия, которые позволяют контролировать его качество на основе сопоставлении результатов схожих газотермических покрытий и создавать совершенный технологический процесс получения газотермических покрытий.where: E DOS. , E sublayer , E pc. , are the elastic moduli of the base, sublayer, and gas-thermal coating, respectively, MPa; h main , h sublayer , h pc. - the thickness of the base, sublayer and thermal coating, respectively, microns. As a result, a complex of mechanical characteristics of a thermal spray coating is obtained, which makes it possible to control its quality by comparing the results of similar thermal spray coatings and create a perfect process for producing thermal spray coatings.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012113993/28A RU2499244C1 (en) | 2012-04-10 | 2012-04-10 | Method to determine residual stresses and energy characteristics of gas thermal coatings |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012113993/28A RU2499244C1 (en) | 2012-04-10 | 2012-04-10 | Method to determine residual stresses and energy characteristics of gas thermal coatings |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012113993A RU2012113993A (en) | 2013-10-20 |
RU2499244C1 true RU2499244C1 (en) | 2013-11-20 |
Family
ID=49356842
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012113993/28A RU2499244C1 (en) | 2012-04-10 | 2012-04-10 | Method to determine residual stresses and energy characteristics of gas thermal coatings |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2499244C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659620C1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "КАИ-ЭЙНЕРЕН" ООО "КАИ-ЭЙНЕРЕН" | Method for calculating plastic deformation and residual life of gas-thermal coating |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1681188A1 (en) * | 1989-07-14 | 1991-09-30 | Московский Инженерно-Физический Институт | Method for determining limit of elasticity at bending |
RU2349894C1 (en) * | 2007-10-04 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Росийской Федерации Научно-исследовательский институт атомных реакторов" | Bending stress relaxation test rig for plane samples |
RU2357224C1 (en) * | 2007-10-04 | 2009-05-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (ОАО "ГНЦ НИИАР") | Method of testing for relaxation under bending strain |
US20100147694A1 (en) * | 2008-12-17 | 2010-06-17 | Nardi Aaron T | Method and apparatus for evaluation of coated parts |
-
2012
- 2012-04-10 RU RU2012113993/28A patent/RU2499244C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1681188A1 (en) * | 1989-07-14 | 1991-09-30 | Московский Инженерно-Физический Институт | Method for determining limit of elasticity at bending |
RU2349894C1 (en) * | 2007-10-04 | 2009-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Росийской Федерации Научно-исследовательский институт атомных реакторов" | Bending stress relaxation test rig for plane samples |
RU2357224C1 (en) * | 2007-10-04 | 2009-05-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (ОАО "ГНЦ НИИАР") | Method of testing for relaxation under bending strain |
US20100147694A1 (en) * | 2008-12-17 | 2010-06-17 | Nardi Aaron T | Method and apparatus for evaluation of coated parts |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659620C1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "КАИ-ЭЙНЕРЕН" ООО "КАИ-ЭЙНЕРЕН" | Method for calculating plastic deformation and residual life of gas-thermal coating |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012113993A (en) | 2013-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tasan et al. | Identification of the continuum damage parameter: An experimental challenge in modeling damage evolution | |
Koohbor et al. | A DIC-based study of in-plane mechanical response and fracture of orthotropic carbon fiber reinforced composite | |
Ayatollahi et al. | Tensile fracture in notched polycrystalline graphite specimens | |
Kang et al. | Experimental investigations of the effect of thickness on fracture toughness of metallic foils | |
Sahin et al. | Vickers microindentation hardness studies of β-Sn single crystals | |
Li et al. | A fretting related damage parameter for fretting fatigue life prediction | |
Narayanan et al. | Sensing of damage and substrate stress in concrete using electro-mechanical impedance measurements of bonded PZT patches | |
Lacarac et al. | The effect of cold expansion on fatigue crack growth from open holes at room and high temperature | |
Yaren et al. | Three-dimensional mode-I/III fatigue crack propagation: Computational modeling and experiments | |
Galimov et al. | Experimental-theoretical method for determining mechanical characteristics of spherical films and membranes of complex structure | |
Tisza et al. | Springback analysis of high strength dual-phase steels | |
Sehrt et al. | Dynamic strength and fracture toughness analysis of beam melted parts | |
Borrero-Lopez et al. | Measurement of fracture strength in brittle thin films | |
Zike et al. | Experimental determination of the micro-scale strength and stress-strain relation of an epoxy resin | |
Son et al. | Tensile properties and fatigue crack growth in LIGA nickel MEMS structures | |
White et al. | Comparison of fatigue crack growth stress ratio effects under simple variable amplitude loading using fractographic and strain measurements | |
RU2499244C1 (en) | Method to determine residual stresses and energy characteristics of gas thermal coatings | |
Zhai et al. | Numerical analysis for small punch creep tests by finite-element method | |
Chen et al. | Determination and analysis of crack growth resistance in plasma-sprayed thermal barrier coatings | |
Son et al. | Evaluation of fatigue strength of LIGA nickel film by microtensile tests | |
Scott-Emuakpor et al. | As-built geometry and surface finish effects on fatigue and tensile properties of laser fused titanium 6Al-4V | |
Kaji et al. | Mechanical properties of saturated concrete depending on the strain rate | |
Purnowidodo et al. | The crack growth behavior after overloading on rotating bending fatigue | |
Yarullin et al. | Fatigue growth rate of inclined surface cracks in aluminum and titanium alloys | |
JP2013113765A (en) | Method for measuring young's modulus by small-diameter core |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140127 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20140424 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170411 |