RU2555476C2

RU2555476C2 - Method of testing of constructional material for plasticity

Info

Publication number: RU2555476C2
Application number: RU2013124229/28A
Authority: RU
Inventors: Марат Федорович Томилов; Федор Христианович Томилов
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2015-07-10
Also published as: RU2013124229A

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical tests of constructional materials and can be used for determination of mechanical characteristics of sheet materials in the conditions of plain strain. The method of testing of constructional material for plasticity consists in that a squared smooth flat sample is loaded until destruction with a replaceable punch with semi-cylindrical shape in a dismountable slot-hole matrix, the minimum bending radius and the thickness of the sample working part near the formed crack are determined on the basis of which the value of limit plasticity of its material is determined.

EFFECT: improvement of accuracy of test by forming on the working part of the sample of the uniform strained state.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области механических испытаний конструкционных материалов, в частности к способам испытания конструкционного материала на пластичность, и может быть использовано при определении механических характеристик листовых материалов в условиях плоской деформации в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of mechanical testing of structural materials, in particular to methods of testing structural material for ductility, and can be used to determine the mechanical characteristics of sheet materials under conditions of flat deformation in mechanical engineering, automotive, aircraft manufacturing and other industries.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ испытания конструкционного материала на пластичность, представленный в авторском свидетельстве [1].Closest to the proposed technical solution is a method of testing structural material for ductility, presented in the copyright certificate [1].

В данном способе образец с концентраторами напряжений изгибают с помощью пуансона с плоской рабочей поверхностью, доводят его до разрушения и регистрируют пластические деформации.In this method, a sample with stress concentrators is bent using a punch with a flat working surface, brought to fracture, and plastic deformations are recorded.

Недостатком известного технического решения является низкая точность, обусловленная сдерживающим влиянием сил трения в области контакта плоской рабочей поверхности пуансона и образца, приводящих к неоднородному деформированному состоянию на рабочей части образца.A disadvantage of the known technical solution is the low accuracy due to the constraining effect of friction in the contact area of the flat working surface of the punch and the sample, leading to an inhomogeneous deformed state on the working part of the sample.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности испытания путем создания на рабочей части образца однородного деформированного состояния.The claimed technical solution is aimed at improving the accuracy of the test by creating a homogeneous deformed state on the working part of the sample.

Это достигается тем, что в способе испытания конструкционного материала на пластичность, согласно изобретению используют гладкий плоский образец, который нагружают сменным пуансоном полуцилиндрической формы в съемной щелевой матрице.This is achieved by the fact that in the method of testing the structural material for plasticity, according to the invention, a smooth flat sample is used, which is loaded with a replaceable half-cylinder punch in a removable slot matrix.

На чертеже приведена схема испытания. The drawing shows a test circuit.

Способ осуществляют следующим образом. Из исследуемого материала изготавливают гладкий плоский образец, имеющий прямоугольную форму. Затем образец 1 устанавливают на зеркало жесткой щелевой матрицы 2. С целью уменьшения сил трения между образцом и матрицей размещают фторопластовую пленку толщиной 0,2 мм. К подвижной нагружающей плите 3, в гнездо которой вставлен сменный пуансон 4 полуцилиндрической формы, прикладывают усилие Р пресса и производят изгиб образца. В ходе испытания пуансон проталкивает образец в щелевую матрицу. Вследствие стеснения деформации вдоль линии сгиба на рабочей части образца реализуется однородное плоское деформированное состояние. После завершения испытания и снятия нагрузки деформированный образец выпадает из матрицы в свободное подштамповое пространство.The method is as follows. A smooth flat sample having a rectangular shape is made from the test material. Then, specimen 1 is mounted on a mirror of a rigid slit matrix 2. In order to reduce friction forces, a 0.2 mm thick fluoroplastic film is placed between the specimen and the matrix. To the movable loading plate 3, in the socket of which a replaceable punch 4 of a semi-cylindrical shape is inserted, a press force P is applied and the sample is bent. During the test, the punch pushes the sample into the slit matrix. Due to the constraint of deformation along the fold line, a uniform flat deformed state is realized on the working part of the sample. After the test is completed and the load is removed, the deformed sample falls out of the matrix into the free sub-stamp space.

Изгиб образцов проводят набором сменных пуансонов полуцилиндрической формы в соответствующих съемных щелевых матрицах. Ширину щели матрицы выбирают в зависимости от толщины образца и радиуса пуансона таким образом, чтобы обеспечить свободное прохождение пуансона с деформированным образцом через матрицу. Последовательно уменьшая в ходе испытания радиус пунсона, устанавливают минимальный радиус гиба R_min, при котором на наружной (растянутой) поверхности образца появляется первая видимая невооруженным глазом трещина. За минимальный радиус гиба принимают радиус последнего пуансона.The bending of the samples is carried out by a set of interchangeable punches of a semi-cylindrical shape in the corresponding removable slotted dies. The width of the slit of the matrix is selected depending on the thickness of the sample and the radius of the punch in such a way as to ensure the free passage of the punch with the deformed sample through the matrix. By successively decreasing the radius of the punch during the test, the minimum bending radius R _min is established at which the first crack visible to the naked eye appears on the outer (stretched) surface of the sample. For the minimum bending radius, take the radius of the last punch.

После испытания измеряют толщину t рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины и рассчитывают величину предельной пластичности ε_пр его материала по формулеAfter the test, the thickness t of the working part of the specimen is measured near the crack formed and the ultimate ductility ε _{pr of} its material is calculated by the formula

$ε_{п р} = \frac{2}{\sqrt{3}} \ln (1 + \frac{t}{2 R_{\min}}) .$

ε_{P R} = \frac{2}{\sqrt{3}} \ln (one + \frac{t}{2 R_{\min}}) .

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность определения пластичности конструкционного материала.The implementation of the proposed method will allow, in comparison with the known technical solution, to increase the accuracy and reliability of determining the ductility of the structural material.

Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method

Испытание образцов из алюминиево-литиевого сплава 1420 осуществляли на универсальной испытательной машине Р-20 с целью исследования анизотропии пластичности этого материала в плоскости листа. Для этого из листа толщиной 1,2 мм вырезали девять прямоугольных образцов размерами в плане 30×20 мм, три из которых были ориентированы меньшей стороной вдоль прокатки, три - поперек и три под углом 45°. Изгиб образцов осуществляли в экспериментальном штампе, который свободно, без дополнительного крепления, устанавливали на неподвижной траверсе испытательной машины. Испытываемый образец размещали на матрице таким образом, чтобы его меньшая сторона была параллельна предполагаемой линии сгиба.Testing of samples of aluminum-lithium alloy 1420 was carried out on a universal testing machine R-20 in order to study the anisotropy of the plasticity of this material in the plane of the sheet. To do this, nine rectangular samples were cut from a sheet 1.2 mm thick with dimensions of 30 × 20 mm in plan, three of which were oriented with the smaller side along the rolling, three transverse and three at an angle of 45 °. The bending of the samples was carried out in an experimental stamp, which was freely, without additional fastening, mounted on a stationary traverse of the testing machine. The test sample was placed on the matrix so that its smaller side was parallel to the proposed fold line.

Для проверки реализации на рабочей части изгибаемого образца условий однородной плоской деформации после испытания определяли деформации по предварительно нанесенной на образец фотоконтактным способом квадратной делительной сетке с базой 1 мм. С этой целью на универсальном микроскопе УИМ-22 с точностью ±0,01 мм измеряли размеры ячеек деформированной делительной сетки. Измерения показали, что на всех испытанных образцах деформации по их ширине отсутствовали, что свидетельствовало о том, что при испытании реализуются условия однородной плоской деформации.To verify the implementation of the conditions of uniform flat deformation on the working part of the bent sample after the test, the strains were determined using a square dividing grid with a base of 1 mm preliminarily applied to the sample by the photocontact method. For this purpose, the dimensions of the cells of the deformed dividing grid were measured using a universal microscope UIM-22 with an accuracy of ± 0.01 mm. The measurements showed that there were no deformations along all their widths on all tested samples, which indicated that during the test the conditions of uniform flat deformation were realized.

В ходе испытания устанавливали минимальный радиус гиба и толщину рабочей части образца вблизи образовавшейся трещины, по которой рассчитывали значение первой главной деформации разрушенияDuring the test, the minimum bending radius and the thickness of the working part of the sample near the formed crack were established, according to which the value of the first principal fracture strain was calculated

$ε_{1} = \ln (1 + \frac{t}{2 R_{\min}}) . (1)$

ε_{one} = \ln (one + \frac{t}{2 R_{\min}}) . (one)

Предельная пластичность материала ε_пр равна интенсивности деформации ε_i, накопленной к моменту разрушения. В случае плоской деформации, реализуемой при изгибе образца, ε₂=0, а предельная пластичность его материалаThe ultimate plasticity of the material ε _pr is equal to the strain intensity ε _i accumulated at the time of fracture. In the case of plane deformation, realized by bending the sample, ε ₂ = 0, and the ultimate plasticity of its material

$ε_{п р} = ε_{i} = \frac{2}{\sqrt{3}} ε_{1} . (2)$

ε_{P R} = ε_{i} = \frac{2}{\sqrt{3}} ε_{one} . (2)

Из сопоставления соотношений (1) и (2) следует, что предельная пластичность материала образцаFrom a comparison of relations (1) and (2) it follows that the ultimate plasticity of the sample material

$ε_{п р} = \frac{2}{\sqrt{3}} \ln (1 + \frac{t}{2 R_{\min}}) . (3)$

ε_{P R} = \frac{2}{\sqrt{3}} \ln (one + \frac{t}{2 R_{\min}}) . (3)

В результате проведения испытаний было установлено, что для исследованного сплава 1420 предельная пластичность существенно зависит от направления вырезки образцов. Максимальная величина предельной пластичности имела место в направлении, составляющем 45° к направлению прокатки, и оказалась равной 0,16. Эта величина на 30% превысила предельную пластичность в направлении прокатки.As a result of the tests, it was found that for the investigated alloy 1420, the ultimate ductility substantially depends on the direction of cutting of the samples. The maximum value of ultimate ductility took place in the direction of 45 ° to the direction of rolling, and turned out to be 0.16. This value is 30% higher than the ultimate ductility in the rolling direction.

Таким образом, представленные экспериментальные данные позволяют сделать заключение о возможности реализации с достаточной степенью точности предлагаемого способа испытания конструкционного материала на пластичность.Thus, the presented experimental data allow us to conclude that it is possible to implement, with a sufficient degree of accuracy, the proposed method for testing structural material for ductility.

Предлагаемый способ позволяет определять с высокой точностью и достоверностью характеристики механических свойств конструкционных материалов при испытании в условиях однородной плоской деформации. Этот способ может быть использован, в частности, для установления предельной пластичности конструкционных материалов при испытании в условиях плоской деформации, необходимой для построения диаграммы предельной формуемости материала, применяемой при проектировании технологических процессов обработки металлов давлением. Использование предлагаемого способа позволит определять необходимые характеристики механических свойств конструкционных материалов, применяемых в различных отраслях промышленности, путем проведения испытаний в механических лабораториях промышленных предприятий.The proposed method allows to determine with high accuracy and reliability the characteristics of the mechanical properties of structural materials when tested in conditions of uniform flat deformation. This method can be used, in particular, to establish the ultimate ductility of structural materials during testing under conditions of plane deformation, necessary to build a diagram of the ultimate formability of the material used in the design of technological processes for metal forming. Using the proposed method will determine the necessary characteristics of the mechanical properties of structural materials used in various industries, by conducting tests in the mechanical laboratories of industrial enterprises.

ЛитератураLiterature

1. Авт.св. СССР 667858, кл. G01N 3/28. 15.06.1979, БИ №22.1. Auto USSR 667858, cl. G01N 3/28. 06/15/1979, BI No. 22.

Claims

The method of testing the structural material for ductility, namely, that the sample is bent using a punch, brought to fracture and plastic deformations are recorded, characterized in that a smooth flat sample of a rectangular shape is used, which is loaded with a replaceable half-cylinder punch in a removable slot matrix, set the minimum bending radius and the thickness of the working part of the sample near the crack formed, on the basis of which the value of ultimate plasticity of its material is calculated but.