RU2659620C1 - Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия - Google Patents
Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659620C1 RU2659620C1 RU2017119882A RU2017119882A RU2659620C1 RU 2659620 C1 RU2659620 C1 RU 2659620C1 RU 2017119882 A RU2017119882 A RU 2017119882A RU 2017119882 A RU2017119882 A RU 2017119882A RU 2659620 C1 RU2659620 C1 RU 2659620C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- residual
- thermal
- gas
- deformation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/20—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady bending forces
Abstract
Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а конкретно касается определения пластических деформаций в различных диапазонах нагрузок. Сущность: осуществляют нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по четырехточечной схеме, последовательно, плавно один и более раз равнораспределенно в трех диапазонах нагрузок, соответственно: упругой, упругопластической и пластической зонах деформации покрытий, с последующей разгрузкой до нуля, при этом фиксируют остаточные пластические деформации (мкм), далее образец нагружают до разрушения газотермического покрытия, фиксируют максимальные деформации покрытия (мкм), рассчитывают сумму остаточных пластических деформаций (мкм) для всех диапазонов нагрузки, суммируют к ней значение максимальной деформации, а для определения остаточного ресурса в любой момент испытаний от вышеуказанной суммы вычитают накопленные на данный момент остаточные пластические деформации (мкм), при этом полученный результат переводят в процентное соотношение от вышеуказанной суммы, по полученному результату судят об остаточном ресурсе для аналогичных газотермических покрытий. Технический результат: возможность получения значений пластических деформаций газотермических покрытий при различных нагрузках, возможность рассчитать характер накопления пластических деформаций и прогнозировать долговечность, остаточный ресурс покрытия при различных режимах его эксплуатации. 2 ил.
Description
Изобретение относится к механическим испытаниям газотермических покрытий, а конкретно касается определения пластических деформации в различных диапазонах нагрузок. Изобретение может быть использовано для расчета накопления остаточных пластических деформаций (мкм) и остаточного ресурса (%) газотермического покрытия при различных режимах его эксплуатации.
Известен способ определения деформации газотермических покрытий [A. Kucuk, С.С. Berndt, U. Senturk, R.S. Lima, C.R. Lima Influence of plasma spray parameters on mechanical properties of yttria stabilized zirconia coatings. I: Four point bend test // Materials Science and Engineering, 2000, A284, p. 29-40], при котором нагружают по 4-х точечной схеме образец с газотермическим покрытием, расположенный сверху так, чтобы при нагружении покрытие в средней части образца подвергалось сжатию. Данный способ не позволяет определить значение остаточных пластических деформаций и их накопление при последующих циклах испытаний образца, так как использует более мягкий, чем растяжение, тип нагружения образца.
Известен способ определения остаточных напряжений и энергетических характеристик газотермических покрытий (патент №2499244, МПК G01N 3/20, опубл. 20.11.2013 г., авторы: Ильинкова Т.А., Ибрагимов А.Р., Бакиров И.Р., Мельникова Т.Н.], в котором нагружение образца с покрытием осуществляют изгибающей нагрузкой по 4-х точечной схеме, не превышающей предел упругости материала покрытия, а затем разгружают до значения деформации растяжения, равной нулю, 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. Однако в данном способе не используются последовательно один и более раз равнораспределенные нагрузки, которые формировали бы в газотермических покрытиях упругие, упруго-пластические и пластические деформации, позволяющие определить остаточные пластические деформации и их накопление.
Технической проблемой является определение остаточного ресурса у образцов с газотермическим покрытием для того, чтобы далее рассчитать остаточный ресурс газотермических покрытий в составе реальных деталей.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в получении значений пластических деформации газотермических покрытий при различных нагрузках, что позволяет рассчитать характер накопления пластических деформации и прогнозировать долговечность, остаточный ресурс покрытия при различных режимах его эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в способе расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия, включающем нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по 4-х точечной схеме до разрушения газотермического покрытия, новым является то, что нагружение осуществляют последовательно, плавно один и более раз равнораспределенно в трёх диапазонах нагрузок, соответственно: упругой, упругопластической и пластической зоне деформации покрытий с последующей разгрузкой до нуля, при этом измеряют остаточные пластические деформации (мкм), далее образец нагружают до разрушения газотермического покрытия, замеряют максимальные деформации покрытия (мкм), рассчитывают сумму остаточных пластических деформаций (мкм) для всех диапазонов нагрузки, суммируют к ней значение максимальной деформации, а для определения остаточного ресурса в любой момент испытаний от вышеуказанной суммы вычитают накопленные на данный момент остаточные пластические деформации (мкм), при этом полученный результат переводят в процентное соотношение от вышеуказанной суммы, по полученному результату судят об остаточном ресурсе для аналогичных газотермических покрытий
На фиг. 1 представлена схема 4-х точечного изгиба, где 1 - прямоугольный металлический образец (пластина); 2 - подслой; 3 - покрытие; 4 - тензодатчик; 5 - измеритель деформации; 6 - устройство для нагружения.
На фиг. 2 представлена схема деформационного гистерезиса газотермического покрытия.
Сущность способа заключается в следующем. Образец 1 с газотермическим покрытием, расположенный на опорах покрытием вниз, нагружают статической нагрузкой по 4-х точечной схеме последовательно, плавно один и более раз равнораспределенно в трёх диапазонах нагрузок, соответственно: упругой, упругопластической и пластической зоне деформации покрытий с последующей разгрузкой до нуля, при этом тензодатчиками измеряют остаточные пластические деформации (мкм). Далее образец нагружают до разрушения газотермического покрытия, измеряют тензодатчиками максимальные деформации покрытия (мкм). По результатам измерения строится диаграмма в координатах: «Нагрузка, Ρ (Η) - Деформация, ε (мкм)», которая представляет собой деформационный гистерезис. По полученному деформационному гистерезису рассчитывают остаточные пластические деформации (мкм) для всех диапазонов нагрузки. Для определения общего деформационного ресурса покрытия (S) суммируется все остаточные пластические деформации (мкм) и значение максимальной деформации (мкм). Для определения остаточного ресурса (%) в любой момент испытаний, от вышеуказанной суммы вычитают накопленные на данный момент остаточные пластические деформации (мкм), при этом полученный результат переводят в процентное соотношение от вышеуказанной суммы, по полученному результату судят об остаточном ресурсе для аналогичных газотермических покрытий.
Расчет пластической деформации и остаточного ресурса осуществляют следующим образом:
- остаточные пластические деформации ε (мкм) рассчитываются как разница между начальной (ε0) перед нагружением и конечной (ε1) деформацией после разгружения:
- суммарные остаточные пластические деформации (мкм) рассчитываются как сумма всех пластических деформации в диапазонах нагрузок: упругой, упругопластической, пластической зон деформации покрытий - Σε
- значение максимальной деформации (мкм) определяют в момент разрушения покрытия - εmax.
- остаточный ресурс (Υ) покрытия рассчитывается при условии:
а) если не достигнуто предельное значение общего деформационного ресурса покрытия - S (Σε<S), то остаточный ресурс (Y) определяется в процентах и выражается по формуле Y=((S - (Σε+εmax))*100%) / S.
б) если Σε≥S или (Σε+εmax) ≥S, тο в этом случае произошло разрушение покрытия и Υ= 0.
Пример №1: Образец №1 - пластина размерами 10*80*3 мм из никелевого сплава марки ВХ-4А, имеющая 2 слоя напыления газотермического покрытия: Metco 204-NS+AMDRY 995 С напыленное плазменным методом по стандартной технологии. На пластину в средней части наклеены тензодатчики (размеры 20*5мм, сопротивление 200 Ом). Испытания проводились на 4-х точечный изгиб. Значения из тензодатчиков тарировались в микрометры, полученные пластические, максимальные деформация покрытия определялись через растяжение, перемещение тензодатчиков. На фиг. 2 в качестве примера представлена схема деформационного гистерезиса газотермического покрытия.
При первом испытании образца в упругой зоне деформации до 400Н нагрузки с последующей полной разгрузкой, была зафиксирована остаточная пластическая деформация газотермического покрытия - 0,2 мкм. При каждом последующем цикле испытании до 400Н фиксировалось увеличение остаточной пластической деформации после разгрузки на 0,0005 мкм.
Далее испытания проводились в упругопластической зоне деформации покрытий при нагружении до 800Н с полным разгружением. При первом испытаний было зафиксировано 3,2 мкм остаточной пластической деформации. При каждом последующем повторе цикла испытаний до этой нагрузки фиксируется увеличение остаточных пластических деформаций -0,016 мкм.
Испытания в пластической зоне деформации проводились при нагрузках до 1200Н с последующей полной разгрузкой. При первом испытаний было зафиксировано 26,2 мкм остаточной пластической деформации газотермического покрытия. При каждом последующем повторе цикла испытаний до этой нагрузки фиксируется увеличение остаточных пластических деформаций - 0,2 мкм.
Далее образец испытывался до разрушения газотермического покрытия. При максимальной деформации примерно 215 мкм произошло разрушение покрытия.
Пример № 2: Образец №2 - пластина, имеющий те же характеристики, что и образец №1.
При первом испытании образца в упругой зоне деформации до 400Н нагрузки с последующей полной разгрузкой, была зафиксирована остаточная пластическая деформация газотермического покрытия - 1,5 мкм. При каждом последующем цикле испытании до 400Н фиксировалось увеличение остаточной пластической деформации после разгрузки на 0,0038 мкм.
Далее испытания проводились в упругопластической зоне деформации покрытий при нагружении до 800Н с полным разгружением. При первом испытаний было зафиксировано 10 мкм остаточной пластической деформаций. При каждом последующем повторе цикла испытаний до этой нагрузки фиксируется увеличение остаточных пластических деформаций -0,05 мкм.
Испытания в пластической зоне деформации проводились при нагрузках до 1200Н с последующей полной разгрузкой. При первом испытаний было зафиксировано 53,4 мкм остаточной пластической деформации газотермического покрытия. При каждом последующем повторе цикла испытаний до этой нагрузки фиксируется увеличение остаточных пластических деформаций - 0,4 мкм.
Далее образец испытывался до разрушения газотермического покрытия. При максимальной деформации примерно 180 мкм произошло разрушение покрытия.
Таким образом, для образцов №1 и №2 суммирование всех пластических и максимального значения деформации дало примерное значение 250 мкм деформации в покрытии, что соответствует S - общему деформационному ресурсу покрытия. Это говорит о том, что произошло разрушение и остаточный ресурс покрытия (Y) равен 0.
Для аналогичных образцов можно определить остаточный ресурс на каждом этапе испытаний и при различных режимах до разрушения покрытия, рассчитав суммарные пластические деформации и остаточный ресурс газотермического покрытия.
Claims (1)
- Способ расчета остаточной пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия, включающий нагружение образца с газотермическим покрытием, расположенного на опорах покрытием вниз, статической нагрузкой по четырехточечной схеме, разрушение газотермического покрытия, отличающийся тем, что нагружение образца осуществляют последовательно, плавно один и более раз равнораспределенно в трех диапазонах нагрузок, соответственно: упругой, упругопластической и пластической зонах деформации покрытий, с последующей разгрузкой до нуля, при этом измеряют остаточные пластические деформации (мкм), далее образец нагружают до разрушения газотермического покрытия, измеряют максимальные деформации покрытия (мкм), рассчитывают сумму остаточных пластических деформации (мкм) для всех диапазонов нагрузки, суммируют к ней значение максимальной деформации, а для определения остаточного ресурса в любой момент испытаний от вышеуказанной суммы вычитают накопленные на данный момент остаточные пластические деформации (мкм), при этом полученный результат переводят в процентное соотношение от вышеуказанной суммы, по полученному результату судят об остаточном ресурсе для аналогичных газотермических покрытий.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119882A RU2659620C1 (ru) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119882A RU2659620C1 (ru) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659620C1 true RU2659620C1 (ru) | 2018-07-03 |
Family
ID=62815511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017119882A RU2659620C1 (ru) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659620C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1425536A1 (ru) * | 1987-02-04 | 1988-09-23 | Кишиневский Сельскохозяйственный Институт Им.М.В.Фрунзе | Способ неразрушающего контрол покрытий |
| US5847283A (en) * | 1996-07-03 | 1998-12-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for the evaluation of a depth profile of thermo-mechanical properties of layered and graded materials and coatings |
| RU2499244C1 (ru) * | 2012-04-10 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ определения остаточных напряжений и энергетических характеристик газотермических покрытий |
| RU2576543C1 (ru) * | 2014-11-25 | 2016-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КАИ-ЭЙНЕРЕН" | Способ контроля качества термической обработки теплозащитных покрытий |
-
2017
- 2017-06-06 RU RU2017119882A patent/RU2659620C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1425536A1 (ru) * | 1987-02-04 | 1988-09-23 | Кишиневский Сельскохозяйственный Институт Им.М.В.Фрунзе | Способ неразрушающего контрол покрытий |
| US5847283A (en) * | 1996-07-03 | 1998-12-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for the evaluation of a depth profile of thermo-mechanical properties of layered and graded materials and coatings |
| RU2499244C1 (ru) * | 2012-04-10 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ определения остаточных напряжений и энергетических характеристик газотермических покрытий |
| RU2576543C1 (ru) * | 2014-11-25 | 2016-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КАИ-ЭЙНЕРЕН" | Способ контроля качества термической обработки теплозащитных покрытий |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8443678B2 (en) | Apparatus for evaluation of coated parts | |
| 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 | |
| Hwangbo et al. | Fatigue life and plastic deformation behavior of electrodeposited copper thin films | |
| Matos et al. | Fretting fatigue of 6201 aluminum alloy wires of overhead conductors | |
| Lim et al. | Continuous fatigue crack length estimation for aluminum 6061-T6 plates with a notch | |
| RU2659620C1 (ru) | Способ расчета пластической деформации и остаточного ресурса газотермического покрытия | |
| RU2515337C1 (ru) | Способ определения прочности клеевого соединения резиноподобного покрытия с основой | |
| RU2536783C1 (ru) | Способ определения ресурса металла трубопроводов | |
| Salem et al. | Back‐Face Strain for Monitoring Stable Crack Extension in Precracked Flexure Specimens | |
| Yeo et al. | A combined experimental and modelling study of indentation damage test on thin-film stacked structures | |
| RU2554306C2 (ru) | Способ оценки микромеханических характеристик локальных областей металлов | |
| Bahng et al. | Establishment of traceability in the measurement of the mechanical properties of materials | |
| RU2499244C1 (ru) | Способ определения остаточных напряжений и энергетических характеристик газотермических покрытий | |
| Zergoug et al. | Mechanical stress analysis by eddy current method | |
| RU2706106C1 (ru) | Способ определения ресурса стальных изделий | |
| Lugovy et al. | Time dependent mechanical properties of ZrB2-SiC ceramic composites: room temperature fatigue parameters | |
| RU2545321C1 (ru) | Способ неразрушающей оценки критических изменений технического состояния металла | |
| Salem et al. | Analytical and experimental investigations of crack propagation in adhesively bonded joints with the Mixed Mode Bending (MMB) test Part II: investigation of cohesive stresses distribution with backface strain monitoring | |
| RU2498263C1 (ru) | Способ обнаружения в металле микротрещин | |
| Regodic et al. | Development of omega deformeter | |
| Kim et al. | Quantitative characterization of mechanical properties using instrumented indentation | |
| RU2238535C2 (ru) | Способ определения повреждаемости нагруженного материала и ресурса его работоспособности | |
| RU2382351C2 (ru) | Способ оценки потери пластичности по изменению микротвердости конструкционной стали | |
| RU2750683C1 (ru) | Способ определения механических характеристик высокоэнергетических материалов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200607 |