SU1062555A1

SU1062555A1 - Method for investigating stress relaxation in material specimens

Info

Publication number: SU1062555A1
Application number: SU823475352A
Authority: SU
Inventors: Константин Петрович Власов; Валентин Серафимович Колесов; Валентин Павлович Меденцев; Александр Степанович Попов; Федор Федорович Ребров
Original assignee: Предприятие П/Я А-1857
Priority date: 1982-07-28
Filing date: 1982-07-28
Publication date: 1983-12-23

Abstract

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЛАКСА .ЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБРАЗЦАХ МАТЕРИА-. ЛОВ, заключающийс в том, что в образцах создают остаточные напр жени , измер ют их величину, провод т испытани на релаксацию напр жений, определ ют величину остаточных напр жений после испытани , а о релаксационных характеристиках материалов суд т по разности величин остаточных напр жений до проведени испытаний на релаксацию и после них, отличающийс тем, что, с целью упрощени определени релаксационных характеристик хрупких тугоплавких материалов, остаточные напр жени в образцах создают нагревом путем пропускани электрического тока, одновременным охлаждением боковых поверхностей образцов до температуры 0,5-0,8 температуры плавлени материала, последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 100-200 с и охлажде- нием со скоростью 300-ЬОО град/с, а величину остаточных напр жений до и после испытани определ ют путем измерени предела прочности при изгибе образцов.METHOD OF RESEARCH OF RELAX. STRESS TESTS IN MATERIAL SAMPLES-. BOV, which means that residual stresses are created in the samples, their magnitude is measured, stress relaxation tests are carried out, residual stresses are determined after testing, and the relaxation characteristics of materials are judged by the difference in residual stresses to and after relaxation tests, characterized in that, in order to simplify the determination of the relaxation characteristics of brittle refractory materials, the residual stresses in the samples are created by heating by passing electric current, simultaneous cooling of the side surfaces of the samples to a temperature of 0.5–0.8 of the melting point of the material, followed by holding in the specified temperature range for 100–200 s and cooling at a rate of 300 ° C degrees / s, and the magnitude of the residual stresses The tests before and after testing are determined by measuring the flexural strength of the specimens.

Description

оabout

05 N305 N3

елate

СП ОSP O

йк Изобретение относитс к испытательной технике, в частности к способам исследовани релаксации напр жений в образцах материалов. Известен способ исследовани релаксации в образцах материалов, зак лючающийс в том, что в образцах создают остаточные напр жени , провод т испытани на релаксацию напр жений и определ ют величину остаточ ных напр жений до проведени испытаний и после путем обратной рентге новской образцов на плоскую пленку под двум различными углами, наклона образцов относительно падаю щих лучей с последующим вычислением напр жений по величинам смещений дифракционных линий образцов ij . Недостатком этого способа вл етс больша трудоемкость определени величины остаточных напр жений. Наиболее близким к изобретению ;По технической сущности и достигаемому результату вл етс способ исследовани релаксации напр жений в образцах материалов, заключающийс в том, что в образцах создают остаточные напр жени , измер ют их вели чину, провод т испытани на релаксацию напр жений, определ ют величину остаточных напр жений после испытани , а о релаксационных харак теристиках материалов суд т по раз ности величин остаточных напр жений до проведени испытаний на релаксацию и после них. Остаточные напр жени создают путем изгиба плосских образцов, а величину остаточных напр жений определ ют по измене нию геометрических характеристик образцов 2 . Недостатком известного, способа л етс сложность определени релаксационных характеристик хрупких тугоплавких материалов, обусловленна тем, что создание остаточных напр жений в образца.х при их изгибе вви ДУ хрупкости материала затруднено. Цель изобретени - упрощение определени релаксационных характеристик хрупких тугоплавких материалов Указанна цель достигаетс тем, что согласно способу исследовани релаксации напр жений в образцах ма териалов, заключающемус в том, что в образцах создают остаточные напр жени , измер ют их величину, провод т испытани на релаксацию напр жений, определ ют величину остаточных напр жений после испытани , а о релаксационных характеристиках мате риалов суд т по разности величин остаточных напр жений до проведени испытаний на релаксацию и после них остаточные напр жени в образцах создают путчем пропускани электриче ского тока,,одновременным охлаждением боковызг-поверхностей образцов до температуры 0,5-0,8 температуры плавлени материала, последующей выдержкой в указанном интервале температур в течение 100-200 с и охлаждением со скоростью 300-500 град/с, а величину остаточных напр жений до и после испытани определ ют путем измерени предела прочности при изгибе образцов. На фиг. 1 изображена схема распределени напр жений по сечению образца при нагревеf на фиг. 2 - то. же, при охлаждении; на фиг. 3 - то же, при испытани х на изгиб. Способ осуществл етс следующим образом. В стержневых образцах, выполненных из хрупкого тугоплавкого материала , например карбида циркони , создают остаточные напр жени , которые на периферийной части вл ютс напр жени ми сжати . Дл этого образцы прмещают между электродами в камере, заполненной инертным газом, и нагревают пр мым пропусканием тока . Одновременно охлаждают боковые поверхности образцов потоком теплоносител , например инертного газа. Температуру образцов после нагрева и охлаждени поддерживают .в пределах 0,5-0,8 температуры плавлени материала образцов. При этом в образцах возникают термонапр жени сжати на внутренней части и раст жени на периферийной. В этом режиме образцы выдерживают в течение 100-200с дл того, чтобы прошел процесс высокотемпературной релаксации внутренних напр жений. Выбор температуры нагрева образцов в пределах 0,5-0,8 температуры плавлени Tf,, образцов обусловлен тем, что при нагреве ниже 0,5 процесс высокотемпературной релаксации протекает со слабой интенсивностью , а -при нагреве выше 0,8 происходит спекание хрупких материалов .типа карбидов и нитр|идов металлов , что может привести к изменению структуры материала образцов. После вьщержки образцы озспаждают со скоростью 300-500 град/с. При этом охлаждение в указанном интервале скоростей обеспечивает предотвращение релаксации возникающих остаточных напр жений и позвол ет избежать растрескивани образцов. В образцах возникают остаточные напр жени , по знаку противоположные начальным, т.е. внутренн часть образцов раст нута , а периферийна - сжата. Дл определени величины остаточных напр жений часть.образцов подвергают испытани м на изгиб, при которых возникает знакопеременное распред ение внутренних напр жений по сечению образца, максимальных на поверхности образца и уменьшающихс по линейному закону к нейтральной линии. При этом в образцах, в которых созданы остаточные напр жени , напр жени сжати на периферийной части образца компенсируют на поверхности равную им по абсолютной величине часть напр жений раст жени , возникающих при приложении внешней нагрузки , что приводит к повьошению предела прочности на изгиб на абсолютную величину напр жений сжати . На противоположной сторонеобразца напр жени от внешней нагрузки вл ютс снижающими, как и остаточные, поэтому они складываютс . Величину остаточных напр жений в образцах определ ют как разность пределов прочности на изгиб стрежневых образцов с созданными в процессе нагрева и охлаждени остаточными напр жени ми и стержневых образцов, не подвергнутых термической обработке. Затем провод т испытани на релак сацию напр жений, например, при действии облучени . При этом уменьшение величины оста точных напр жений приводит к снижению прочности на изгиб образцов, с остаточными напр жени ми и,, следовательно , к уменьшению разности преде|Лов прочности образцов с остзточными напр жени ми и исходных образцов Испытани м на релаксацию напр жений подвергают исходные образцы с остаточными напр жени ми дл того, чтобы исключить вли ние других факторов , например изменени структуры, также привод щих к изменению прочности . Величину остаточных напр жений после испытаний на релаксацию определ ют также как разность пределов прочности образцов с остаточными напр жени ми и исходных образцов, дл чего после испытаний на релакса цию напр жений образцы испытывают н изгиб. О релаксационных характеристиках материала образцов суд т по разност величин остаточных напр жений до пр ведени испытаний на релаксацию и после них. Например, образцы из 1гС- в виде стержней 0 2,2 мм, длиной 50 мм помещают между токоподводами в герметичной камере, через которую из баллона с помощью редуктора пропускают газ. Пропуска ток через образец, нагревают его до 2570К (0,68Tr,) и одновременно обдувают гелием. Выдерживают 100 с, после чего охлаждают со скоростью 300 град/с. Затем провод т измерение предела прочности на изгиб исходных образцов и образцов с остаточныминапр жени ми. Испытани на прочность показали повышение предела прочности образцов с остаточными напр жени ми по сравнению с исходными образцами: разность между ними составл ет 20 кг/мм. Оставшиес исходные образцы и образцы с остаточными напр жени ми подвергают испытани м, вызывающим ре- лаксацию напр жений, дл чего нагревают в печи при 1770К в течение 30 .мин в инертной среде, после чего измер ют прочность на изгиб. Предел прочности на изгиб исходных образцов to 28 кг/мм, образцов с остаточными напр жени миLH 48 кг/мм ((1ц-2о -20 кг/мм), образцов с остаточными напр жени ми после испытаний на релаксацию ц 36 кг/мм, исходных образцов после „ испытаний на релаксацию CQ 29 кг/мм (LM -7 кг/мм2) . Таким образом, результаты испытаний показывают снижение разности пределов прочности на изгиб исходных образцов с остаточными напр жени ми на 13 кг/мм за счет релаксации -остаточных, напр жений. Изобретение позвол ет упростить определение релаксационных характе- . ристик хрупких тугоплавких материалов благодар созданию в образцах остаточных напр жений путем нагрева пр мым пропусканием электрического тока и охлаждени поверхности до заданного интервала температур с последующей выдержкой и охлаждением с заданной скоростью и определению величины остаточных напр жений путем измерени предела прочности при испытани х на изгиб.The invention relates to a testing technique, in particular to methods for studying stress relaxation in samples of materials. A known method for studying relaxation in samples of materials is that residual stresses are created in the samples, stress relaxation tests are performed, and the magnitude of residual stresses is determined before and after testing by reverse X-ray samples on a flat film under two different angles, the inclination of the samples relative to the incident rays, followed by the calculation of the stresses from the values of the displacements of the diffraction lines of the samples ij. The disadvantage of this method is the great complexity of determining the magnitude of residual stresses. The technical essence and the achieved result is a method of studying stress relaxation in samples of materials, which consists in the fact that samples create residual stresses, measure their magnitude, conduct stress relaxation tests, determine the magnitude of the residual stresses after testing, and the relaxation characteristics of materials are judged by the difference in residual stresses before and after the relaxation tests. Residual stresses are created by bending flat specimens, and the magnitude of residual stresses is determined by changing the geometric characteristics of specimens 2. The disadvantage of the known method is the difficulty of determining the relaxation characteristics of brittle refractory materials, due to the fact that the creation of residual stresses in the specimen. When they bend due to the brittleness of the material brittleness. The purpose of the invention is to simplify the determination of the relaxation characteristics of brittle refractory materials. This goal is achieved in that according to the method of studying stress relaxation in samples of materials, which consists in creating residual stresses in the samples, measuring their magnitude, testing for relaxation the value of the residual stresses after the test is determined, and the relaxation characteristics of the materials are judged by the difference in the values of the residual stresses before the tests and after them, the residual voltages in the samples create by passing the current flow, simultaneously cooling the lateral surfaces of the samples to a temperature of 0.5–0.8 of the melting point of the material, followed by aging in the specified temperature range for 100–200 s and cooling at a speed of 300-500 degrees / s, and the magnitude of the residual stresses before and after the test are determined by measuring the flexural strength of the samples. FIG. Figure 1 shows the stress distribution pattern across the sample section when heated; in FIG. 2 - that. while cooling; in fig. 3 - the same for bending tests. The method is carried out as follows. In core samples made of brittle refractory material, such as zirconium carbide, residual stresses are generated, which on the peripheral part are compressive stresses. To do this, the samples are placed between the electrodes in a chamber filled with an inert gas and heated by passing a current. At the same time, the side surfaces of the samples are cooled by a flow of heat-transfer agent, for example, an inert gas. The temperature of the samples after heating and cooling is maintained within 0.5-0.8 of the melting point of the sample material. In this case, thermal stress compression on the inside and tension on the peripheral one occur in the samples. In this mode, the samples are kept for 100–200 s in order to undergo the process of high-temperature relaxation of internal stresses. The choice of sample heating temperature in the range of 0.5-0.8 melting point Tf ,, samples is due to the fact that during heating below 0.5, the process of high-temperature relaxation proceeds with weak intensity, and when heated above 0.8, sintering of brittle materials occurs. such as carbides and nitrates | metals, which can lead to a change in the structure of the material of the samples. After completion, the samples are deposited at a speed of 300-500 degrees / second. At the same time, cooling in the specified velocity range ensures the prevention of relaxation of residual stresses that arise and avoids specimen cracking. Residual stresses appear in the samples, opposite in sign to the initial, i.e. The inner part of the samples is stretched, and the peripheral part is compressed. To determine the magnitude of the residual stresses, a part of the samples is subjected to bending tests, at which the alternating distribution of internal stresses over the sample cross section occurs, which are maximal on the sample surface and decrease linearly to the neutral line. At the same time, in the samples in which residual stresses are created, the compressive stresses on the peripheral part of the sample compensate for the surface the equal in absolute value part of the tensile stresses that occur when an external load is applied, which leads to an increase in the flexural strength compressive stresses. On the opposite side of the sample, the voltages from the external load are reduced, as well as the residual ones, so they add up. The magnitude of the residual stresses in the specimens is determined as the difference in flexural strength of the core specimens with the residual stresses created in the process of heating and cooling and the core specimens not subjected to heat treatment. Then, stress relaxation tests are carried out, for example, under irradiation. At the same time, a decrease in the magnitude of residual stresses leads to a decrease in the flexural strength of the samples, with residual stresses, and, consequently, to a decrease in the difference in the strength of the specimens with thermal stresses and initial specimens. samples with residual stresses in order to eliminate the influence of other factors, such as changes in structure, also leading to changes in strength. The value of residual stresses after relaxation tests is also determined as the difference in strength of samples with residual stresses and initial samples, for which, after stress relaxation tests, the samples are subjected to bending. The relaxation characteristics of the material of the samples are judged by the difference in residual stresses before and after the relaxation tests. For example, samples of 1GS-in the form of rods 0 2.2 mm, 50 mm long are placed between the current leads in a sealed chamber through which gas is passed through a cylinder using a reducer. Pass the current through the sample, heat it to 2570K (0.68Tr,) and simultaneously blow it with helium. Stand 100 seconds, then cooled at a speed of 300 degrees / s. The bending strength of the initial specimens and specimens with residual stresses is then measured. Strength tests showed an increase in the tensile strength of samples with residual stresses compared to the original samples: the difference between them is 20 kg / mm. The remaining initial samples and samples with residual stresses are subjected to tests that cause relaxation of stresses, for which they are heated in an oven at 1770 K for 30 min in an inert medium, after which the bending strength is measured. The flexural strength of the initial specimens is up to 28 kg / mm, specimens with a residual voltage of 48 kg / mm or HL ((1g – 2–20 kg / mm), specimens with residual stresses after relaxation tests, c 36 kg / mm, of the initial samples after the “CQ relaxation test of 29 kg / mm (LM -7 kg / mm2). Thus, the test results show a decrease in the difference in flexural strength of the initial samples with residual stresses of 13 kg / mm due to the relaxation of the residual The invention makes it possible to simplify the determination of the relaxation characteristics of a fragile their refractory materials due to the creation of residual stresses in the samples by heating by direct transmission of electric current and cooling the surface to a predetermined temperature range, followed by exposure and cooling at a given speed and determining the magnitude of the residual stresses by measuring the tensile strength in bending tests.

kk

XTljXtlj

ii

. Фиг.2. 2

Фиг.ЗFig.Z

Claims

METHOD FOR RESEARCHING STRESS RELAXATION IN MATERIAL SAMPLES-. BWL, consisting in the fact that residual stresses are created in the samples, their magnitude is measured, stress relaxation tests are carried out, the residual stress values are determined after the test, and the relaxation characteristics of the materials are judged by the difference in the residual stress values before and after relaxation tests them, characterized in that, in order to simplify the determination of the relaxation characteristics of brittle refractory materials, residual stresses in the samples are created by heating by passing electrical current, simultaneous cooling of the side surfaces of the samples to a temperature of 0.5-0.8 of the melting temperature of the material, subsequent exposure in the indicated temperature range for 100-200 s and cooling at a speed of 300-500 deg / s, and the residual stresses before and after the test is determined by measuring the tensile strength in bending of the samples.