RU2756376C1 - Method for determining yield strength of material during crushing - Google Patents
Method for determining yield strength of material during crushing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756376C1 RU2756376C1 RU2021106794A RU2021106794A RU2756376C1 RU 2756376 C1 RU2756376 C1 RU 2756376C1 RU 2021106794 A RU2021106794 A RU 2021106794A RU 2021106794 A RU2021106794 A RU 2021106794A RU 2756376 C1 RU2756376 C1 RU 2756376C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- test material
- crushing
- yield strength
- spherical indenter
- during crushing
- Prior art date
Links
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
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
Description
Изобретение относится к области определения прочностных свойств металлов и может быть использовано для определения предела текучести при смятии без разрушения материала деталей, работающих в условиях нагружения сминающими нагрузками (шпонки, шлицы, заклепки, болты, детали муфт и т.п.).The invention relates to the field of determination of the strength properties of metals and can be used to determine the yield strength during crushing without destroying the material of parts operating under conditions of crushing loads (keys, splines, rivets, bolts, coupling parts, etc.).
Известен способ определения предела текучести при смятии экспериментальным путем согласно ГОСТ 33498-2015 (Композиты полимерные. Метод испытания на смятие. Введ. 01.01.2017).There is a known method for determining the yield stress in collapse experimentally according to GOST 33498-2015 (Polymer composites. Collapse test method. Introduced 01.01.2017).
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. Недостаток этого способа заключается и в заметных затратах времени и расходе материала. Кроме того, этот способ не позволяет определять предел текучести при смятии металлов, из которых изготавливают большинство деталей. Таким образом, способ не позволяет оперативно и без разрушения производить определение предела текучести металлов при смятии.The disadvantage of this method is that it requires the manufacture of special samples cut from the finished part, which obviously leads to partial or complete destruction of the test part. The disadvantage of this method lies in the significant time and material consumption. In addition, this method does not allow determining the crushing yield stress of metals from which most parts are made. Thus, the method does not allow promptly and without destruction to determine the yield strength of metals during crushing.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения предела текучести материала (патент 2086947 РФ, МПК G01 N3/40, Опубл.10.08.97), который предусматривает, что испытуемый материал нагружают посредством сферического индентора диаметром D, нагрузкой, лежащей в диапазоне, соответствующем измерению твердости, после снятия нагрузки F измеряют диаметр остаточного отпечатка d, определяют контактный модуль упрочнения Н испытуемого материала и интенсивность деформации εi,o в центре отпечатка из соотношенияThe closest in technical essence is a method for determining the yield point of a material (patent 2086947 RF, IPC G01 N3 / 40, Publ. hardness, after removing the load F, measure the diameter of the residual indentation d, determine the contact hardening modulus H of the test material and the deformation intensity ε i, o in the center of the indentation from the ratio
а предел текучести σТ определяют с учетом интенсивности деформации в центре отпечатка из соотношенияand the yield stress σ T is determined taking into account the intensity of deformation in the center of the indentation from the relation
где d – диаметр остаточного отпечатка; b - коэффициент, зависящий от химического состава испытуемого материала; μ2 – коэффициент Пуассона испытуемого материала.where d is the diameter of the residual imprint; b - coefficient depending on the chemical composition of the test material; μ 2 - Poisson's ratio of the test material.
Недостатком этого способа является то, что он не может быть использован в тех случаях, когда необходимо определить предел текучести материала при смятии, поскольку он предназначен только для определения предела текучести материала при растяжении. Следует подчеркнуть, что числовые значения пределов текучести материала при смятии и при растяжении значительно отличаются друг от друга, поскольку это совершенно разные виды деформации материала.The disadvantage of this method is that it cannot be used in cases where it is necessary to determine the yield strength of a material during crushing, since it is intended only to determine the yield strength of a material under tension. It should be emphasized that the numerical values of the yield strength of a material under crushing and under tension differ significantly from each other, since these are completely different types of material deformation.
Таким образом, известные способы имеют низкий технический уровень, поскольку не позволяют оперативно и без разрушения определять предел текучести материала при смятии.Thus, the known methods have a low technical level, since they do not allow quickly and without destruction to determine the yield stress of the material during crushing.
В этой связи важнейшей задачей является разработка нового способа определения предела текучести материала при смятии, который позволял бы оперативно и без разрушения производить определение предела текучести материала при смятии.In this regard, the most important task is to develop a new method for determining the yield stress of a material during crushing, which would allow quickly and without destruction to determine the yield stress of a material during crushing.
Техническим результатом является упрощение способа определения предела текучести материала при смятии и повышение его точности.The technical result is to simplify the method for determining the yield stress of a material during crushing and to increase its accuracy.
Указанный технический результат достигается в способе определения предела текучести материала при смятии, заключающемся в нагружении поверхности испытуемого материала посредством сферического индентора нагрузкой, величина которой соответствует диапазону измерения твердости, измерении параметров отпечатка и расчете предела текучести испытуемого материала, при этом нагружение поверхности испытуемого материала посредством сферического индентора осуществляют двумя различными нагрузками и измеряют глубины двух полученных остаточных отпечатков, а предел текучести испытуемого материала при смятии рассчитывают по следующей зависимости:The specified technical result is achieved in a method for determining the yield strength of a material during crushing, which consists in loading the surface of the test material by means of a spherical indenter with a load, the value of which corresponds to the range of hardness measurement, measurement of indentation parameters and calculation of the yield strength of the test material, while loading the surface of the test material by means of a spherical indenter carried out with two different loads and the depths of the two obtained residual imprints are measured, and the yield strength of the test material during crushing is calculated according to the following relationship:
где F1 и F2 – нагрузки на сферический индентор (Н);where F 1 and F 2 - loads on the spherical indenter (H);
h1 и h2 – глубины остаточных отпечатков (мм), отвечающие нагрузкам F1 и F2;h 1 and h 2 - depths of residual prints (mm) corresponding to loads F 1 and F 2 ;
D – диаметр сферического индентора (мм);D is the diameter of the spherical indenter (mm);
σТсм – предел текучести испытуемого материала при смятии (Н/мм2);σ Tcm is the shear stress of the test material (N / mm 2 );
a - коэффициент пластичности при смятии, зависящий от химического состава испытуемого материала.a is the coefficient of plasticity in crushing, depending on the chemical composition of the test material.
Сущностью способа является то, что процессы смятия определяются контактной податливостью деталей [(h2-h1)/(F2-F1)], которая в комплексе с силовыми (F) и геометрическими (D) параметрами позволяет выявить количественные взаимосвязи между закономерностями протекания пластической деформации при смятии и контактной упругопластической деформацией при внедрении индентора, что позволяет в полной мере учесть пластические свойства испытуемого материала и с их учетом определить предел текучести материала при смятии с большей точностью. Способ учитывает специфику процессов смятия, при которых размеры контактирующих деталей соизмеримы, тогда как при контактной деформации площадка контакта очень мала по сравнению с размерами контактирующих деталей (задачи Г.Герца).The essence of the method is that the crushing processes are determined by the contact compliance of the parts [(h 2 -h 1 ) / (F 2 -F 1 )], which, in combination with the force (F) and geometric (D) parameters, makes it possible to reveal quantitative relationships between the regularities the flow of plastic deformation during crushing and contact elastoplastic deformation during the introduction of the indenter, which makes it possible to fully take into account the plastic properties of the test material and, taking them into account, determine the yield stress of the material during crushing with greater accuracy. The method takes into account the specifics of crushing processes, in which the dimensions of the contacting parts are comparable, while in contact deformation, the contact area is very small compared to the dimensions of the contacting parts (G. Hertz's tasks).
Введенный в расчет предела текучести материала при смятии коэффициент «a» позволяет повысить точность определения предела текучести при смятии, благодаря учету химического состава испытуемого материала.The coefficient "a", introduced into the calculation of the yield point of the material during collapse, makes it possible to increase the accuracy of determining the yield point during collapse, due to taking into account the chemical composition of the test material.
Предлагаемая новая зависимость расчета предела текучести материала при смятии устанавливает взаимосвязи между всеми существенными параметрами, определяющими величину предела текучести при смятии: упругопластические свойства материала при контактной деформации, пластические свойства и нагрузочная способность материала при смятии (от них зависит глубина остаточного отпечатка), а также химический состав испытуемого материала. Это позволяет оперативно с высокой точностью определять предел текучести испытуемого материала при смятии без разрушения детали.The proposed new dependence for calculating the yield stress of a material during crushing establishes the relationship between all the essential parameters that determine the value of the yield stress in crushing: the elastoplastic properties of the material during contact deformation, the plastic properties and load capacity of the material during crushing (the depth of the residual indentation depends on them), as well as the chemical composition of the test material. This makes it possible to quickly and accurately determine the yield strength of the test material during crushing without destroying the part.
Способ определения предела текучести испытуемого материала при смятии реализуется следующим образом.The method for determining the yield strength of the test material during crushing is implemented as follows.
В испытуемый материал внедряют сферический индентор, используя две различные нагрузки в диапазоне, соответствующим измерению твердости. Значения нагрузок может быть выбрано согласно стандартам, предусматривающим контроль твердости с помощью сферического индентора, например, ГОСТ 9012-59. ИСО 410-82, ИСО 6506-81 «Металлы. Методы испытаний. Измерение твердости по Бринеллю» (введ.01.01.60; последнее изменение 12.09.18) или ГОСТ 18835-73. «Металлы. Метод измерения пластической твердости» (введ. 01.07.75; ограничение срока действия снято Межгосударственным Советом стандартизации, метрологии и сертификации, протокол №3-93, ИУС№5/6, 1993 г.). До значений твердости испытуемого материала 4500 МПа в качестве индентора используют стальной закаленный шарик (с твердостью по Виккерсу не менее HV 850 кгс/мм2); при большей твердости испытуемого материала используют сферический индентор из твердого сплава. В качестве нагружающего устройства можно использовать, например, пресс Бринелля или другой прибор для контроля твердости или пресс.A spherical indenter is inserted into the material to be tested using two different loads in the range corresponding to the hardness measurement. Load values can be selected according to standards providing for hardness control using a spherical indenter, for example, GOST 9012-59. ISO 410-82, ISO 6506-81 Metals. Test methods. Measurement of Brinell hardness "(introduced 01.01.60; last change 12.09.18) or GOST 18835-73. “Metals. Method for measuring plastic hardness "(introduced on 01.07.75; the limitation of the validity period was removed by the Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification, protocol No. 3-93, IUS No. 5/6, 1993). A hardened steel ball (with a Vickers hardness of at least HV 850 kgf / mm 2 ) is used as an indenter until the hardness of the test material is 4500 MPa; for higher hardness of the test material, use a spherical carbide indenter. As a loading device, you can use, for example, a Brinell press or other hardness tester or a press.
Измеряют глубины остаточных отпечатков. Эту операцию можно выполнить с помощью индикатора часового типа (с ценой деления 0,001 мм) или индукционного датчика положения, установленного в индикаторной стойке.The depths of the residual prints are measured. This operation can be carried out using a dial gauge (0.001 mm graduation) or an inductive position transmitter mounted in an indicator stand.
Значения коэффициента пластичности материала при смятии «a» зависят от химического состава испытуемого материала и определяются по известным справочным данным или из предварительного эксперимента для соответствующих типов материалов исследуемых деталей – углеродистая или легированная сталь, чугун, цветной металл или сплав (выбирают в зависимости от того предел текучести какого материала при смятии предполагается определять). Коэффициент «a» одинаков для всех составов материала одного типа (например, для всех составов углеродистой стали или для всех составов легированной стали).The values of the coefficient of plasticity of the material during crushing "a" depend on the chemical composition of the test material and are determined according to known reference data or from a preliminary experiment for the corresponding types of materials of the investigated parts - carbon or alloy steel, cast iron, non-ferrous metal or alloy (depending on whether the limit of which material is supposed to be determined during crushing). The factor "a" is the same for all compositions of the same type of material (eg, for all compositions of carbon steel or for all compositions of alloy steel).
Пример. Проведена экспериментальная проверка предложенного способа.Example. An experimental verification of the proposed method has been carried out.
Определение предела текучести материала при смятии по заявленному способу проводили на образцах, изготовленных из углеродистых и легированных конструкционных сталей различного уровня прочности и пластичности, показанных в таблице.Determination of the yield strength of the material during crushing according to the claimed method was carried out on samples made of carbon and alloy structural steels of various levels of strength and ductility, shown in the table.
При реализации предлагаемого способа в качестве индентора использовали стальной закаленный шарик диаметром 5 мм, а для сталей с твердостью большей, чем 4500 МПа – сферический индентор с тем же диаметром из твердого сплава. Воздействие на сферический индентор осуществляли с помощью пресса Бринелля при нагрузках F2=7558Н (750кгс) и F1=4905Н (500кгс). Результаты определения предела текучести при смятии σТсм предлагаемым способом приведены в таблице.When implementing the proposed method, a hardened steel ball with a diameter of 5 mm was used as an indenter, and for steels with a hardness greater than 4500 MPa - a spherical indenter with the same diameter made of hard alloy. The impact on the spherical indenter was carried out using a Brinell press at loads F 2 = 7558N (750 kgf) and F 1 = 4905N (500 kgf). The results of determining the collapse yield stress σ Tcm by the proposed method are shown in the table.
Для указанных материалов выполнили прямое экспериментальное определение предела текучести при смятии σТсм,э. Испытания проводили с помощью программно-технического комплекса для испытания металлов (оснащенного персональным IBM совместимым компьютером) ИР5143-200. Эти результаты приняты в качестве эталонного способа.For the indicated materials, we performed a direct experimental determination of the shear stress σ Tcm, e . The tests were carried out using the software and hardware complex for metal testing (equipped with a personal IBM compatible computer) IR5143-200. These results are accepted as a reference method.
Таблицаtable
σТсм, МПаCollapse yield stress according to the claimed method
σ Tcm , MPa
σТ, МПаPrototype yield point
σ T , MPa
Error in comparison with the prototype method
σТсм,э, МПаExperimental values of shear stress - reference
σ Tcm, e , MPa
Accuracy compared to the reference method
Результаты сравнения предлагаемого способа с прямым экспериментом (эталонный способ) показали, что погрешность определения, предела текучести при смятии не превышает (5…6)% и имеет характер двухстороннего разброса. Погрешность способа по прототипу (образцы 1-6) по сравнению с предлагаемым способом достигает 59%, что вполне закономерно, поскольку способ по прототипу предназначен для определения предела текучести при растяжении, а не при смятии.The results of a comparison of the proposed method with direct experiment (reference method) showed that the error in determining the yield strength during collapse does not exceed (5 ... 6)% and has the character of two-sided scatter. The error of the method according to the prototype (samples 1-6) in comparison with the proposed method reaches 59%, which is quite natural, since the method according to the prototype is designed to determine the yield stress in tension, and not in crushing.
Значения предела текучести при смятии, определенные по предлагаемому способу σТсм, а также погрешности определения предела текучести при смятии предлагаемым способом (σТсм) по сравнению со способом по прототипу (σТ) и найденным экспериментально – эталонным способом (σТсм,э) приведены в таблице.The values of the collapse yield stress determined by the proposed method σ Tcm , as well as the errors in determining the collapse yield point by the proposed method (σ Tcm ) in comparison with the prototype method (σ T ) and the experimentally found reference method (σ Tcm, e ) are given in the table.
Результаты экспериментальной проверки свидетельствуют о пригодности предлагаемого способа для практического использования и подтверждают его высокую точность: погрешность определения предела текучести при смятии не превышает (5…6)% в широком диапазоне изменения прочностных свойств материала.The results of experimental verification indicate the suitability of the proposed method for practical use and confirm its high accuracy: the error in determining the yield stress during crushing does not exceed (5 ... 6)% in a wide range of changes in the strength properties of the material.
В связи с этим предлагаемый способ позволяет повысить точность определения предела текучести при смятии без разрушения материала и может быть использован для контроля различных деталей, работающих в условиях нагружения сминающими нагрузками (шпонки, шлицы, заклепки, болты, детали муфт и т.п.) без разрушения материала деталей.In this regard, the proposed method makes it possible to increase the accuracy of determining the yield point during crushing without destroying the material and can be used to control various parts operating under conditions of crushing loads (keys, splines, rivets, bolts, coupling parts, etc.) without destruction of the material of parts.
Таким образом, способ определения предела текучести материала при смятии, заключающийся в нагружении поверхности испытуемого материала посредством сферического индентора двумя различными нагрузками, величина которых соответствует диапазону измерения твердости, измерении глубины двух полученных остаточных отпечатков и расчете предела текучести испытуемого материала при смятии по заявленной зависимости, является простым, не требует разрушения испытуемой детали и обеспечивает повышение точности определения предела текучести при смятии.Thus, the method for determining the yield stress of a material in crushing, which consists in loading the surface of the test material by means of a spherical indenter with two different loads, the value of which corresponds to the range of hardness measurement, measuring the depth of two obtained residual imprints and calculating the yield stress of the test material in crushing according to the declared dependence, is simple, does not require the destruction of the tested part and provides an increase in the accuracy of determining the yield stress during crushing.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021106794A RU2756376C1 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Method for determining yield strength of material during crushing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021106794A RU2756376C1 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Method for determining yield strength of material during crushing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2756376C1 true RU2756376C1 (en) | 2021-09-29 |
Family
ID=77999976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021106794A RU2756376C1 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Method for determining yield strength of material during crushing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2756376C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU853479A1 (en) * | 1979-11-30 | 1981-08-07 | Институт Проблем Прочности Анукраинской Ccp | Method of determination of metal wielding point in uniaxial deformation in plane wave of unloading |
RU2079832C1 (en) * | 1995-06-06 | 1997-05-20 | Волгоградский государственный технический университет | Process of determination of yield point of materials |
RU2086947C1 (en) * | 1993-04-12 | 1997-08-10 | Волгоградский Политехнический Институт | Process of determination of yield point of materials |
KR101814462B1 (en) * | 2016-09-07 | 2018-01-04 | 한양대학교 산학협력단 | Device and method for measuring yield strength using ultrasonic |
-
2021
- 2021-03-16 RU RU2021106794A patent/RU2756376C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU853479A1 (en) * | 1979-11-30 | 1981-08-07 | Институт Проблем Прочности Анукраинской Ccp | Method of determination of metal wielding point in uniaxial deformation in plane wave of unloading |
RU2086947C1 (en) * | 1993-04-12 | 1997-08-10 | Волгоградский Политехнический Институт | Process of determination of yield point of materials |
RU2079832C1 (en) * | 1995-06-06 | 1997-05-20 | Волгоградский государственный технический университет | Process of determination of yield point of materials |
KR101814462B1 (en) * | 2016-09-07 | 2018-01-04 | 한양대학교 산학협력단 | Device and method for measuring yield strength using ultrasonic |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sonmez et al. | Analytical relations between hardness and strain for cold formed parts | |
Bomas et al. | Application of a weakest-link concept to the fatigue limit of the bearing steel SAE 52100 in a bainitic condition. | |
Menčík | Determination of mechanical properties by instrumented indentation | |
CN110031281B (en) | Method for determining steel type | |
RU2756376C1 (en) | Method for determining yield strength of material during crushing | |
RU2599069C1 (en) | Method of determining endurance limit of material at tension-compression | |
Slotwinski et al. | Mechanical properties testing for metal parts made via additive manufacturing: a review of the state of the art of mechanical property testing | |
RU2765342C1 (en) | Method for determining the endurance limit of the material of a cylindrical part under torsion | |
RU2740634C1 (en) | Method for determining the ultimate shear strength of a material | |
RU2700328C2 (en) | Method for determining the limit of endurance of material in bending | |
EP1251343B1 (en) | Method and device for mechanical stresses measurement | |
RU2715887C1 (en) | Method of determining a poisson coefficient | |
RU2727068C1 (en) | Method for determining limit uniform narrowing | |
RU2721314C1 (en) | Method of determining relative narrowing after fracture | |
RU2756378C1 (en) | Method for determining yield strength of material of part in bending | |
RU2765340C1 (en) | Method for determining the endurance limit of the material of a cylindrical part under torsion | |
RU2386116C1 (en) | Definition method of relative degree of elasto-plastic deformation of material | |
Filippov et al. | Engineering method for analysis of the ability to strain-hardening of steels | |
Huda et al. | Mechanical Testing and Properties of Materials | |
RU2680111C1 (en) | Determination method of true resistivity to abruption | |
RU2488806C1 (en) | Method of material specimen plastic strength determination | |
RU2769646C1 (en) | Method for determining the hardness of metallic materials | |
RU2775515C1 (en) | Method for determining the viscosity of metallic materials | |
RU2170918C1 (en) | Method of estimation of remaining operating time of part | |
Morgner | Fundamentals of nondestructive materials characterization |