RU2578286C1

RU2578286C1 - Method of testing metals for bending with stretching

Info

Publication number: RU2578286C1
Application number: RU2015102249/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Блинов; Петр Леонидович Копылов; Вера Георгиевна Тимоханова
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2016-03-27

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical tests of metals and alloys, namely to tests at bending with stretching, and can be used during testing of various structures operated in complicated conditions of loading, calculate strength structures operated at bending with stretching. Ends of the tested sample is placed on metal supports, the deforming force in the middle of the sample with the help of mandrel and results are processed. Ends of the sample is fixed in supports by means of grippers to allow turn of each grip. Deformation is carried out to break the sample with provision of minimum friction between sample and mandrel and at stretching diagram mechanical characteristics.

EFFECT: obtaining reliable values of mechanical properties and providing high accuracy of calculations for strength structures operated at bending with stretching, including pipes operating under conditions of inclined wells, as well as wire, and pipes in making with winding on the drum.

1 cl, 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области механических испытаний металлов и сплавов, а именно к испытаниям на изгиб с растяжением, и может быть использовано при испытании различных конструкций, работающих в сложных условиях нагружения, при расчетах на прочность конструкций, работающих в условиях изгиба с растяжением.The invention relates to the field of mechanical testing of metals and alloys, and in particular to tensile bending tests, and can be used to test various structures working under difficult loading conditions, when calculating the strength of structures working under tensile bending.

Известны методы механических испытаний образцов, различающиеся по характеру напряженного состояния: растяжение, сжатие, изгиб, кручение. Однако они позволяют оценить механические характеристики материалов только при одном виде нагружения. Известен способ определения штампуемости металла (патент РФ №2171976, G01N 3/28, опубл. 10.08.2001), в котором динамический изгиб выполняют непосредственно после растяжения, производимого до предельно равномерного для данного металла удлинения. Известен способ определения механических свойств металлов (заявка на изобретение №2012145523, G01N 3/08, опубл. 10.05.2014), включающий осевое растяжение плоских и круглых образцов с фиксированной скоростью деформации и температурой испытания, в котором коэффициент динамической вязкости металлов и эффективную энергию разрушения определяют по приведенным математическим зависимостям. Однако указанные способы не позволяют определить механические характеристики материала в сложных условиях нагружения при изгибе с одновременным растяжением.Known methods for mechanical testing of samples, differing in the nature of the stress state: tension, compression, bending, torsion. However, they allow one to evaluate the mechanical characteristics of materials with only one type of loading. A known method of determining the formability of a metal (RF patent No. 2171976, G01N 3/28, publ. 08/10/2001), in which dynamic bending is performed immediately after stretching, made to the maximum uniform elongation for a given metal. A known method for determining the mechanical properties of metals (application for invention No. 20112145523, G01N 3/08, publ. 05/10/2014), including axial tension of flat and round samples with a fixed strain rate and test temperature, in which the dynamic viscosity coefficient of metals and effective fracture energy determined by the given mathematical dependencies. However, these methods do not allow to determine the mechanical characteristics of the material under difficult loading conditions in bending with simultaneous stretching.

Наиболее близким техническим решением является способ испытания металлов на изгиб по ГОСТ Р ИСО 7438-2013, принятый за прототип, который включает размещение концов образца из испытуемого металла на двух опорах и определение способности металлов подвергаться пластической деформации при изгибе образца путем воздействия деформирующим усилием по середине образца с помощью оправки. Этим способом можно определить только способность металлов выдерживать пластическую деформацию при изгибе, но он не позволяет определить механические характеристики металла.The closest technical solution is the method of testing metals for bending in accordance with GOST R ISO 7438-2013, adopted as a prototype, which includes placing the ends of the sample from the test metal on two supports and determining the ability of metals to undergo plastic deformation when the sample is bent by applying a deforming force in the middle of the sample using a mandrel. This method can only determine the ability of metals to withstand plastic deformation during bending, but it does not allow to determine the mechanical characteristics of the metal.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в определении механических характеристик металла при одновременном изгибе с растяжением для обеспечения точности расчетов на прочность конструкций, работающих в условиях изгиба с растяжением.The technical problem solved by the invention is to determine the mechanical characteristics of the metal while bending with tension in order to ensure the accuracy of the strength calculations of structures operating in conditions of bending with tension.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе испытания металлов на изгиб с растяжением, включающем размещение концов образца из испытуемого металла на опорах, воздействие деформирующим усилием по середине образца с помощью оправки и обработку результатов, согласно изобретению, концы образца закрепляют в опорах при помощи захватов с обеспечением поворота каждого захвата, деформирование проводят до разрушения образца с обеспечением минимального трения между образцом и оправкой и по диаграмме нагружения определяют механические характеристики.The problem is solved due to the fact that in the method of testing metals for bending with tension, including placing the ends of the sample from the test metal on the supports, the action of the deforming force in the middle of the sample using a mandrel and processing the results, according to the invention, the ends of the sample are fixed in the supports using grips to ensure the rotation of each gripper, deformation is carried out until the destruction of the specimen with minimal friction between the specimen and the mandrel and is determined mechanically by the loading diagram Kie characteristics.

Деформирование проводят на оборудовании для статических испытаний с использованием изготовленного приспособления. Концы образца закрепляют в опорах при помощи захватов с обеспечением поворота каждого захвата в опоре, что позволяет одновременно использовать две схемы нагружения образца: изгиб и растяжение. При этом образец не подвергается деформированию (изгибу) по концам его рабочей части за счет обеспечения поворота каждого захвата. С помощью оправки деформирующим усилием воздействуют по середине образца до разрушения образца с обеспечением минимального трения между образцом и оправкой. В результате испытания регистрируют диаграмму нагружения образца, по которой определяют максимальную нагрузку при изгибе с растяжением до разрушения образца и величину его прогиба, определяемую по величине хода оправки. Причем создание минимального трения между образцом и оправкой позволяет с большей точностью определить эти характеристики, необходимые для выбора материала, способного выдерживать высокие нагрузки, и проведения расчетов на прочность конструкций, работающих в сложных условиях нагружения.The deformation is carried out on equipment for static tests using the manufactured device. The ends of the sample are fixed in the supports with the help of grippers, ensuring the rotation of each gripper in the support, which allows the simultaneous use of two loading schemes of the sample: bending and tension. In this case, the sample is not subjected to deformation (bending) at the ends of its working part due to the provision of rotation of each capture. Using a mandrel, a deforming force is applied in the middle of the sample until the sample is destroyed, with minimal friction between the sample and the mandrel. As a result of the test, a diagram of the sample loading is recorded, which determines the maximum load in bending with tension until the sample is destroyed and its deflection, determined by the magnitude of the mandrel stroke. Moreover, the creation of minimal friction between the sample and the mandrel allows you to more accurately determine these characteristics necessary for choosing a material that can withstand high loads, and calculating the strength of structures operating in difficult loading conditions.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображено приспособление для осуществления способа испытания на изгиб с одновременным растяжением, на фиг. 2 изображен эскиз образца для проведения испытаний, на фиг. 3 показан образец после проведения испытания на изгиб с растяжением и на фиг. 4 - диаграмма нагружения образца при изгибе с растяжением.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a device for implementing a bending test with simultaneous stretching, FIG. 2 shows a sketch of a test specimen; FIG. 3 shows a sample after a tensile bending test, and FIG. 4 is a diagram of sample loading under bending with tension.

Приспособление для реализации предлагаемого способа испытания (фиг. 1) включает основание 1, на котором жестко зафиксированы две опоры 2, выполненные с захватами 3 для закрепления концов образца 4. Захваты 3 размещены в опорах с обеспечением поворота. Оправкой 5 перпендикулярно поверхности образца 4 оказывают воздействие по середине образца. Образец 4 (фиг. 2) изготавливают из испытуемого металла и на концах выполняют, например, резьбу для закрепления образца в захватах.The device for implementing the proposed test method (Fig. 1) includes a base 1, on which two supports 2 are rigidly fixed, made with grippers 3 for securing the ends of the sample 4. The grips 3 are placed in the supports with rotation. The mandrel 5 perpendicular to the surface of the sample 4 have an effect in the middle of the sample. Sample 4 (Fig. 2) is made of the test metal and, for example, a thread is made at the ends to secure the sample in the grips.

Способ испытания на изгиб с растяжением проводили на комплексе для статических испытаний с использованием описанного выше приспособления. Каждый конец образца 4 закрепляют в захвате 3. При проведении испытания оправкой 5 перпендикулярно поверхности образца 4 оказывают воздействие по середине образца, оправка начинает давить на поверхность образца в точке, затем постепенно образец охватывает рабочую поверхность оправки, изгибается и растягивается до полного разрушения (фиг. 3). При этом каждый захват 3 с закрепленным в нем концом образца 4 осуществляет поворот в опоре, препятствуя изгибу (деформированию) образца 4 по концам его рабочей части. Для обеспечения минимального трения между оправкой и образцом и получения достоверных результатов на поверхность образца наносят смазку. В результате испытания регистрируют диаграмму нагружения образца (фиг. 4). По диаграмме нагружения определяют максимальную нагрузку при изгибе с растяжением до разрушения образца и перемещение оправки, необходимые для выбора материала, способного выдерживать высокие нагрузки, и проведения точных расчетов на прочность.The tensile bending test method was carried out on a complex for static tests using the device described above. Each end of the specimen 4 is fixed in the grip 3. During the test, the mandrel 5 perpendicular to the surface of the specimen 4 has an effect in the middle of the specimen, the mandrel begins to press on the surface of the specimen at a point, then gradually the specimen covers the working surface of the mandrel, bends and stretches to complete destruction (Fig. 3). Moreover, each grip 3 with the end of the sample 4 fixed in it carries out a rotation in the support, preventing bending (deformation) of the sample 4 at the ends of its working part. To ensure minimal friction between the mandrel and the sample and to obtain reliable results, a lubricant is applied to the surface of the sample. As a result of the test, the sample loading diagram is recorded (Fig. 4). Using the loading diagram, the maximum load during bending with stretching to fracture of the specimen and the movement of the mandrel necessary to select a material that can withstand high loads, and accurate calculations of strength are determined.

В испытательной лаборатории с использованием системы статических испытаний «SHIMADZU» было проведено испытание, в частности, цилиндрических образцов на изгиб с растяжением, изготовленных из листовой стали 3 и 40Х и из труб класса прочности Х80. Размеры образца: длина - 115 мм, диаметр рабочей части - 6 мм, длина рабочей части - 85 мм. Рабочую поверхность образца покрывали смазкой, например диоксидом молибдена. Оправка для воздействия на образец была выполнена радиусом 15 мм.In the test laboratory, using the SHIMADZU static testing system, a test was carried out, in particular, of cylindrical tensile bending samples made of sheet steel 3 and 40X and of pipes of strength class X80. Sample dimensions: length - 115 mm, diameter of the working part - 6 mm, length of the working part - 85 mm. The working surface of the sample was coated with a lubricant, for example, molybdenum dioxide. The mandrel for influencing the sample was made with a radius of 15 mm.

При проведении испытания оправка перемещается перпендикулярно поверхности образца, например, со скоростью 5 мм/мин и начинает воздействовать на поверхность по середине образца в точке, затем постепенно образец охватывает рабочую поверхность оправки, изгибается и растягивается до полного разрушения. Так как концы образца закреплены в захватах, выполненных с возможностью поворота в опорах, при испытании не происходит деформирования образца по концам его рабочей части. При испытании получают достоверные значения механических характеристик.During the test, the mandrel moves perpendicular to the surface of the sample, for example, at a speed of 5 mm / min and begins to act on the surface in the middle of the sample at a point, then gradually the sample covers the working surface of the mandrel, bends and stretches to complete destruction. Since the ends of the sample are fixed in grips made with the possibility of rotation in the supports, during the test, the sample does not deform at the ends of its working part. When tested, reliable values of the mechanical characteristics are obtained.

В результате испытания были получены диаграммы нагружения каждого образца, при анализе которых определили максимальную нагрузку, которую выдерживает образец, и перемещение оправки при разрушении каждого образца (см. таблицу).As a result of the test, loading diagrams of each sample were obtained, during the analysis of which the maximum load that the sample can withstand and the movement of the mandrel during the destruction of each sample were determined (see table).

Сравнение полученных показателей дает возможность выбора стали, способной выдерживать больший изгиб и высокие нагрузки, а также обеспечить точность расчетов на прочность конструкций, работающих в условиях изгиба с растяжением.Comparison of the obtained indicators makes it possible to choose steel capable of withstanding greater bending and high loads, as well as ensuring the accuracy of strength calculations of structures operating in conditions of bending with tension.

Использование предлагаемого способа испытания позволяет получить достоверные значения механических характеристик и обеспечить повышение точности расчетов на прочность конструкций, работающих в условиях изгиба с растяжением, в том числе труб, эксплуатирующихся в условиях наклонных скважин, а также проволоки, профиля и труб при изготовлении с намоткой на барабан.Using the proposed test method allows to obtain reliable values of the mechanical characteristics and to increase the accuracy of calculations for the strength of structures operating in conditions of bending with tension, including pipes operating in conditions of deviated wells, as well as wire, profile and pipes in the manufacture of wound on a drum .

Claims

A method of testing metals for tensile bending, including placing the ends of the sample from the test metal on the supports, applying a deforming force in the middle of the sample using a mandrel and processing the results, characterized in that the ends of the sample are fixed in the supports using grippers to ensure rotation of each gripper, deformation carried out until the specimen ruptures with minimal friction between the specimen and the mandrel, and mechanical characteristics are determined from the tensile diagram.