RU2680111C1 - Способ определения истинного сопротивления разрыву - Google Patents
Способ определения истинного сопротивления разрыву Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680111C1 RU2680111C1 RU2018113924A RU2018113924A RU2680111C1 RU 2680111 C1 RU2680111 C1 RU 2680111C1 RU 2018113924 A RU2018113924 A RU 2018113924A RU 2018113924 A RU2018113924 A RU 2018113924A RU 2680111 C1 RU2680111 C1 RU 2680111C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- true
- tensile strength
- indenter
- under load
- load
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 2
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 239000011343 solid material Substances 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 2
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000003359 percent control normalization Methods 0.000 description 1
- 238000007430 reference method Methods 0.000 description 1
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
- G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
- G01N3/42—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области определения прочностных свойств конструкционных материалов и может быть использовано для определения истинного сопротивления разрыву. Сущность: испытуемый материал нагружают посредством индентора диаметром D нагрузкой Р, находящейся в диапазоне, соответствующем измерению твердости, измеряют размеры отпечатка и определяют истинное сопротивление разрыву, при этом используют индентор сферической формы. Измеряют остаточную h и упругую αчасти полного сближения сферического индентора с поверхностью испытуемого материала, по которым определяют радиус кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой, с учетом которого определяют величину истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка, по которому определяют истинное сопротивление разрыву. Технический результат: возможность определения истинного сопротивления разрыву без разрушения материала деталей. 3 табл.
Description
Изобретение относится к области определения прочностных свойств металлов и может быть использовано для определения истинного сопротивления разрыву при растяжении.
Известен способ определения истинного сопротивления разрыву (ГОСТ 1497-84, ИСО 6892-84 «Металлы. Методы испытания на растяжение"), который предусматривает вырезку из детали заготовок для образцов и последующее изготовление образцов для испытания на растяжение. Для определения истинного сопротивления разрыву Sk образец подвергают растяжению до разрушения под действием плавно приложенной нагрузки. Истинное сопротивление разрыву вычисляют по формуле
Sk=Pk/Fk,
где Pk - нагрузка в момент разрыва образца,
Fk - площадь минимального поперечного сечения образца после разрыва.
Недостатком этого способа является то, что он требует изготовления специальных образцов, вырезанных из готовой детали, что очевидно, приводит к частичному или полному разрушению испытуемой детали. Таким образом, этот способ не позволяет оперативно и без разрушения производить определение истинного сопротивления разрыву материала.
Известен способ определения максимальных истинных напряжений и деформаций (патент №2319944 РФ G01N 3/32, заявл. 19.09.2006, опубл. 20.03.2008, бюл. №8). Способ реализуется путем периодического в процессе испытания ступенчатого нагружения образца вплоть до его разрыва с получением на каждой ступени нагружения заданной величины диаметра, при котором изменение коэффициента жесткости напряженного состояния в минимальном сечении не превышает 3%, производят обточку берегов шейки образца до получения по обе стороны от минимального сечения двух соосных с осью образца конических поверхностей, направленных навстречу друг другу и сопряженных по поверхности, сформированной в области шейки, определяют угол наклона образующих при вершине конусов из условия наименьшей его величины, обеспечивающей закрепление деформации в области шейки, по результатам испытания строят истинную диаграмму растяжения, и по точке, соответствующей моменту разрыва образца, судят о максимальных истинных напряжениях и деформациях.
Недостатком этого способа является то, что он также требует изготовления специальных образцов, вырезанных из готовой детали, что очевидно, приводит к частичному или полному разрушению испытуемой детали. Таким образом, и этот способ не позволяет оперативно и без разрушения производить определение истинного сопротивления разрыву материала. Кроме того, тот способ имеет большую трудоемкость из-за необходимости изготовления и последующего испытания образца; его невозможно использовать при стопроцентном контроле деталей, а также при малых размерах деталей.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения истинного сопротивления разрыву (описанный в книге В.М. Матюнина "Индентирование в диагностике механических свойств материалов". - М.: Издательский дом МЭИ, 2015. - 288 с, на стр. 185), который предусматривает нанесение царапины алмазным конусом под действием нагрузки на испытуемой поверхности, измерение глубины заглубления индентора в испытуемый материал, определение значения твердости царапаньем HG, по которой определяют истинное сопротивление разрыву Sk по формуле
Sk=0,142HG.
Недостатком этого способа является то, что он предусматривает построение диаграммы царапания с регистрацией максимальной нагрузки, при которой заглубление индентора составляет 5 мкм. В связи с этим этот способ может быть реализован только на тщательно подготовленных плоских образцах с полированной поверхностью и с использованием специального оборудования. Кроме того, глубина царапины очень мала, что неизбежно вызывает дополнительные ошибки при ее измерении.
Таким образом, известные способы имеют низкий технический уровень, поскольку не позволяют оперативно и без разрушения определять истинное сопротивление разрыву.
В этой связи важнейшей задачей является создание нового способа определения истинного сопротивления разрыву, который позволял бы оперативно и без разрушения производить определение истинного сопротивления разрыву.
Техническим результатом заявленного способа является создание нового способа определения истинного сопротивления разрыву, который позволяет повысить точность и оперативно без разрушения производить определение истинного сопротивления разрыву. Указанный технический результат заключается в том, что испытуемый материал нагружают посредством индентора диаметром D нагрузкой Р, находящейся в диапазоне, соответствующем измерению твердости, измеряют размеры отпечатка и определяют истинное сопротивление разрыву, при этом используют индентор сферической формы, измеряют остаточную h и упругую αу части полного сближения сферического индентора с поверхностью испытуемого материала, по которым определяют радиус кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой
с учетом которого определяют величину истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка
а истинное сопротивление разрыву Sk определяют по формуле
где Р - нагрузка на сферический индентор (Н),
D - диаметр сферического индентора (мм),
RH - радиус кривизны поверхности отпечатка под нагрузкой (мм),
q - истинное давление под нагрузкой на поверхности контакта (МПа),
h - остаточная часть полного сближения (глубина остаточного отпечатка), мм,
αу - упругая часть полного сближения в контакте (мм),
π=3,14,
Sk - истинное сопротивление разрыву (МПа),
a, b - коэффициенты, зависящие от химического состава материала детали
Существенным отличием предлагаемого способа является то, что используют индентор сферической формы и измеряют остаточную h и упругую αу части полного сближения сферического индентора с поверхностью испытуемого материала. Это позволяет оценить как пластические, так и упругие свойства испытуемого материала, от которых зависит способность испытуемого материала сопротивляться деформации и разрушению.
Существенным отличием является и то, что определяют радиус кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой и с его учетом определяют величину истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка. Это позволяет неразрушающим способом получить значение истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка, которое позволяет количественно оценить способность испытуемого материала сопротивляться разрушению.
Существенным отличием способа является предложение при определении истинного сопротивления разрыву Sk учитывать коэффициенты а и b, что позволяет повысить точность определения истинного сопротивления разрыву, поскольку его значение зависит от химического состава испытуемого материала.
Совокупность отличительных признаков предлагаемого способа и новые взаимосвязи, установленные авторами между ними, позволили предложить новые зависимости для определения радиуса кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой, истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка и истинного сопротивления разрыву. Последняя зависимость в новой форме устанавливает взаимосвязи между всеми существенными параметрами, определяющими величину истинного сопротивления разрыву: пластические и упругие свойства испытуемого материала (от них зависят остаточная h и упругая αу части полного сближения сферического индентора с поверхностью испытуемого материала и, следовательно, радиус кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой), величина истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка, а также коэффициенты а и b, значения которых зависит от химического состава испытуемого материала. Это позволяет оперативно с высокой точностью определять истинное сопротивление разрыву испытуемого материала без разрушения детали.
Способ определения истинного сопротивления разрыву испытуемого материала реализуется следующим образом.
Испытуемый материал нагружают посредством индентора диаметром D нагрузкой Р, находящейся в диапазоне, соответствующем измерению твердости. Диапазон нагрузок может быть выбран, например, согласно ГОСТ 9012-59 (ИСО 6506-81) "Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю". Например, для сталей с твердостью до 140 НВ отношение P/D2=10, а для более твердых сталей - P/D2=30 (см. ГОСТ 9012-59, табл. 3). Таким образом, если диаметр сферического индентора D=5 мм, а твердость больше 140 НВ, то нагрузка Р=30*25=750 кгс (7358 Н). Нагружение может быть выполнено с использованием пресса Бринелля.
Измеряют остаточную h и упругую αу части полного сближения сферического индентора с поверхностью испытуемого материала. Эту операцию можно выполнить с помощью прибора для измерения контактных деформаций (см. книгу Н.Б. Демкина, Э.В. Рыжова "Качество поверхности и контакт деталей машин" - М: Машиностроение, 1981. - 244 с., на стр. 214, рис. 5.1)
По формуле (1) определяют радиус кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой
с учетом которого по формуле (2) определяют величину истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка
а истинное сопротивление разрыву Sk определяют по формуле (3)
Sk=a⋅q+b,
Для определения числовых значений коэффициентов а и b используют вспомогательные образцы с известной величиной истинного сопротивления разрыву; материал вспомогательного образца (черный или цветной металл выбирают в зависимости от того истинное сопротивление разрыву какого материала предполагается определять). Истинное сопротивление разрыву вспомогательных образцов определяют согласно ГОСТ 1497-84, ИСО 6892-84 «Металлы. Методы испытания на растяжение"; для вспомогательных образцов - Sk1 и Sk2.
Каждый из двух вспомогательных образцов нагружают посредством индентора диаметром D нагрузкой Р, находящейся в диапазоне, соответствующем измерению твердости. Измеряют остаточную h и упругую αу части полного сближения сферического индентора с поверхностью каждого вспомогательного образца. По формуле (1) определяют для каждого вспомогательного образца радиус кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой
По формуле (2) определяют величину истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка каждого вспомогательного образца
Вычисляют значения коэффициентов а и b по следующим формулам
Пример. Проведена экспериментальная проверка предложенного способа.
Определение истинного сопротивления разрыву проводили на образцах, изготовленных из углеродистых и легированных конструкционных сталей различного уровня прочности.
В качестве индентора использовали стальной закаленный шарик диаметром 5 мм.
Для определения коэффициентов а и b использовали вспомогательные образцы, изготовленные из стали 20 с известным истинным сопротивлением разрыву, равном Sk1=1000 МПа, и из стали 30ХГСА с известным истинным сопротивлением разрыву, равном Sk2=1520 МПа. Внедрение сферического индентора в поверхность вспомогательных образцом проводили с использованием пресса Бринелля при нагрузке Р=7358 Н.
С помощью прибора для измерения контактных деформаций измеряли остаточную h и упругую αу части полного сближения сферического индентора с поверхностью каждого вспомогательного образца
для первого вспомогательного образца h1=0,310 мм, αу1=0,039 мм;
для второго вспомогательного образца h2=0,106 мм, αу2=0,060 мм.
По формулам (4) и (5) определяют для каждого вспомогательного образца радиус кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой
По формулам (6) и (7) определяют величину истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка каждого вспомогательного образца
По формулам (8) и (9) вычисляют значения коэффициентов а и b
b=1000-0,257⋅1422=635 МПа.
Таким образом, полученные значения коэффициентов а и b позволяют определять истинное сопротивление разрыву испытуемых материалов из сталей. При этом формула (3) с учетом числовых значений коэффициентов а и b примет вид
В таблице 1 представлены механические свойства испытанных материалов. При этом истинное сопротивление разрыву определяли по ГОСТ 1497-84, ИСО 6892-84 «Металлы. Методы испытания на растяжение" Испытания на растяжение проводили с помощью программно-технического комплекса для испытания металлов (оснащенного персональным IBM совместимым компьютером) ИР 5143-200, принятому в качестве эталонного способа.
В таблице 2 приведены результаты определения истинного давления под нагрузкой на поверхности отпечатка. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 3. Как видно из таблицы 3, при использовании предлагаемого способа погрешность определения истинного сопротивления разрыву по сравнению со способом по ГОСТ 1497-84 не превышает (5…6)% и имеет характер двухстороннего разброса.
Таким образом, результаты экспериментальной проверки свидетельствуют о пригодности предлагаемого способа для практического использования.
Использование предлагаемого способа по сравнению с известными обеспечивает следующие преимущества.
Способ обладает достаточно высокой точностью: погрешность определения истинного сопротивления разрыву не превышает (5…6)% в широком диапазоне изменения прочностных свойств материала, что для оценки прочностных свойств материала деталей вполне удовлетворительно.
В связи с этим предлагаемый способ позволяет повысить точность определения истинного сопротивления разрыву без разрушения материала и может быть использован для контроля прочности материала различных деталей (болты, стержни, элементы металлоконструкций, балки и т.п.).
Таким образом, способ, воплощающий заявленное изобретение, предусматривает, что испытуемый материал нагружают посредством индентора диаметром D нагрузкой Р, находящейся в диапазоне, соответствующем измерению твердости, измеряют размеры отпечатка и определяют истинное сопротивление разрыву, при этом используют индентор сферической формы, измеряют остаточную h и упругую αу части полного сближения сферического индентора с поверхностью испытуемого материала, по которым определяют радиус кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой, с учетом которого определяют величину истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка, по которому определяют истинное сопротивление разрыву.
Способ предназначен для использования в промышленности для определения истинного сопротивления разрыву без разрушения материала деталей.
Claims (15)
- Способ определения истинного сопротивления разрыву, заключающийся в том, что испытуемый материал нагружают посредством индентора диаметром D нагрузкой Р, находящейся в диапазоне, соответствующем измерению твердости, измеряют размеры отпечатка и определяют истинное сопротивление разрыву, отличающийся тем, что используют индентор сферической формы, измеряют остаточную h и упругую αу части полного сближения сферического индентора с поверхностью испытуемого материала, по которым определяют радиус кривизны поверхности отпечатка сферического индентора под нагрузкой
-
- с учетом которого определяют величину истинного давления q под нагрузкой на поверхности отпечатка
-
- а истинное сопротивление разрыву Sk определяют по формуле
-
- где Р - нагрузка на сферический индентор (Н),
- D - диаметр сферического индентора (мм),
- RH - радиус кривизны поверхности отпечатка под нагрузкой (мм),
- q - истинное давление под нагрузкой на поверхности контакта (МПа),
- h - остаточная часть полного сближения (глубина остаточного отпечатка), мм,
- αу - упругая часть полного сближения в контакте (мм),
- π=3,14,
- Sk - истинное сопротивление разрыву (МПа),
- a, b - коэффициенты, зависящие от химического состава материала детали.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113924A RU2680111C1 (ru) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Способ определения истинного сопротивления разрыву |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113924A RU2680111C1 (ru) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Способ определения истинного сопротивления разрыву |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680111C1 true RU2680111C1 (ru) | 2019-02-15 |
Family
ID=65442638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113924A RU2680111C1 (ru) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Способ определения истинного сопротивления разрыву |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680111C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2143106C1 (ru) * | 1998-07-17 | 1999-12-20 | Московский энергетический институт (Технический университет) | Способ определения механических характеристик материалов |
| EP1251343B1 (en) * | 2001-04-20 | 2006-03-08 | Vladimir Makarov | Method and device for mechanical stresses measurement |
| RU2319944C1 (ru) * | 2006-09-19 | 2008-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Способ определения максимальных истинных напряжений и деформаций |
-
2018
- 2018-04-16 RU RU2018113924A patent/RU2680111C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2143106C1 (ru) * | 1998-07-17 | 1999-12-20 | Московский энергетический институт (Технический университет) | Способ определения механических характеристик материалов |
| EP1251343B1 (en) * | 2001-04-20 | 2006-03-08 | Vladimir Makarov | Method and device for mechanical stresses measurement |
| RU2319944C1 (ru) * | 2006-09-19 | 2008-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Способ определения максимальных истинных напряжений и деформаций |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9702798B1 (en) | Method for evaluating fracture toughness using instrumented indentation testing | |
| CN102589995B (zh) | 一种压入硬度预测材料单轴本构关系的方法 | |
| US9513200B1 (en) | Determination of a threshold crack length | |
| CN105675419B (zh) | 双锥形压入预测材料单轴本构关系测定方法 | |
| KR101407405B1 (ko) | 계장화 구형 압입 시험의 변수를 이용한 가공경화물의 항복 강도 산출 방법 및 인장 강도 산출 방법 | |
| Arunkumar | A review of indentation theory | |
| Gubeljak et al. | Fracture toughness measurement by using pipe-ring specimens | |
| RU2680111C1 (ru) | Способ определения истинного сопротивления разрыву | |
| MORI et al. | Influence of steel static strength on fatigue strength of web-gusset welded joints with UIT | |
| RU2599069C1 (ru) | Способ определения предела выносливости материала при растяжении-сжатии | |
| García et al. | Estimation of the fracture toughness of structural steels by means of the CTOD evaluation on notched small punch specimens | |
| RU2721314C1 (ru) | Способ определения относительного сужения после разрыва | |
| JP2015163840A (ja) | 鋼材の腐食疲労寿命の評価方法 | |
| RU2715887C1 (ru) | Способ определения коэффициента пуассона | |
| RU2700328C2 (ru) | Способ определения предела выносливости материала при изгибе | |
| CN110031281B (zh) | 一种确定钢材种类的方法 | |
| Kondryakov et al. | Peculiarities of the crack initiation and propagation in different specimen types | |
| RU2553829C1 (ru) | Способ механического испытания металла | |
| RU2727068C1 (ru) | Способ определения предельного равномерного сужения | |
| Boreiko et al. | The sensitivity of the acoustic-emission method during the detection of flaws in pipes | |
| RU2647551C1 (ru) | Способ определения характеристики трещиностойкости материалов | |
| RU2756376C1 (ru) | Способ определения предела текучести материала при смятии | |
| RU2767028C1 (ru) | Способ определения охрупчивания материала | |
| KR20160055630A (ko) | 유리소재 안전성 평가 장치 및 평가 방법 | |
| RU2765342C1 (ru) | Способ определения предела текучести материала цилиндрической детали при кручении |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200417 |