SU1381364A1

SU1381364A1 - Способ определени физико-механических характеристик материала

Info

Publication number: SU1381364A1
Application number: SU864017503A
Authority: SU
Inventors: Юрий Николаевич Шевченко; Рем Георгиевич Терехов; Евгений Николаевич Востров; Майя Емельяновна Бабешко; Вадим Сергеевич Одинец
Original assignee: Институт Механики Ан Усср
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1986-02-05
Publication date: 1988-03-15

Abstract

Изобретение относитс к способам определени физико-механических характеристик материалов и может быть использовано дл определени напр женно-деформированного состо ни элементов конструкций, подвергающихс циклическому нагружению. Цель изобретени - уменьшение затрат времени При расширении объема получаемых физико-механических характеристик материалов , раб6таюш,их в услови х процессов с сущестйенМой величиной деформации ползучести . Способ заключаетс в том, что образцы , наход щиес в процессе нагружени под посто нным напр жением, разгружают до нулевого значени напр жени , регистрируют величину деформации образцов во времени , получа диаграммы ползучести и возврата , и по результатам испытаний суд т о зависимости деформации образца от напр жени в нем при любом заданном законе нагружени и нагрева как в период активного начального нагружени , так и в периоды разгрузки и повторного нагружени . При этом используют р д уравнений нелинейной теории наследственной среды , стро т графики активного начального и повторного нагружени , разгрузки. 3 ил., 5 табл. с « (Л с ОС ос О5 4

Description

Изобретение относитс к металлургии и может быть использовано дл определени напр женно-деформированного состо ни элементов конструкций, подвергающихс циклическому нагружению.

Цель изобретени - уменьшение затрат времени при расширении объема получаемых физико-механических характеристик материалов, работающих в услови х процессов с существенной величиной деформации ползучести.

На фиг. 1 изображена диаграмма мгновенного активного раст жени образца стали 40Х при 20°С; на фиг. 2 - диаграмма ползучести и возврата той же стали при

пр жени МПа в образце. Выдерживают образец под этим напр жением 50 мин, затем мгновенно разгружают до и регистрируют величину деформации еще в течение 60 мин. Третью и четвертую серию образцов вначале нагружают со скоростью 196 кг/с до напр жений МПа и МПа соответственно, выдерживают при этих напр жени х 50 мин, затем мгновенно разгружают до нулевого значени а 10 и продолжают регистрировать деформацию образцов еш,е 60 мин.

Результаты испытаний представл ют в

опог- А Q виде диаграмм (фиг. и 2). На фиг. 1 изоб20 L, фиг. 6теоретические и факти- . ражена диаграмма мгновенного раст жени

ческие (сплошные линии) диаграммы мгно-.алк 40Х при 20°С (зависимость деформавенного активного нагружени стали 40Х. Способ осуществл ют с использованием

соотношений нелинейной теории наследственной среды, имеющий вид

f ( ,, Т) б (t) +1 k (б , Т, t- t )б ( Т ). +fL(a,T,t-T)cT(T)dT,(1)

о

где f (е. Т) - мгновенна термомеханическа поверхность, которой соответствует сери диаграмм мгновенного раст жени ; a(t) - напр жение, получаемое в процессе нагрузки за врем t; Т - температура материала образца в момент времени t; (Т - напр жение; е - деформаци ,

т - текущее значение времени, а функции k и L представл ют собой дра ползучести и имеют следующий вид:

ции от напр жени , полученна при испытании первой серии образцов по известному способу). Общее вре.м , необходимое дл проведени экспериментов и получени тре20 буемых данных, 6440 мин. На фиг. 2 изображена диаграмма ползучести и возврата стали 40Х при 20°С (кривые I, 2, 3 соответствуют результатам испытаний второй, третьей и четвертой серии образцов). По полу25 ченнык результатам испытаний определ ют зависимость деформации в образце в процес се активного начального напр жени и в процессах разгрузки и повторного нагружени с любым законом нагружени . Общее врем , необходимое дл получени требуемых дан30 ных, составл ет 4338 мин. На фиг. 3 приведены такие диаграммы дл стали 40Х. Методика определени этой зависимости, например , в процессе, когда скорость в периоды активного начального нагружени разгрузки и повторного нагружени соответ35 ствует ,8 кг/с, следующа (на фиг. 3 эта зависимость изображена кривой 2). По результатам испытаний второй серии образца ( МПа) устанавливают величины деформации образца при значении времени мин, мин, мкн. Дефор.чаци sz (; :ндекс внизу указывает на номер серии образи.а) соответственно имеет следуюп.1ие значени : S2(1.i)0, e2(t2)0,5110 ; е2( 1з)-0,09-10 (на фиг. 2 точки А, Б и В). По зтим данным из резульki (o-. Т)

(I-TjTW ;

Ь(а,Т) ;.

(2)

Параметры ki, k2 и а соотношений (2) определ ют, пользу сь диаграммами ползучести и возврата и диаграммами мгновенного раст жени . Вычисл интегралы в уравнении (1) при условии (i const, Т -- const, i., где момент времени разгрузки, получают уравнение, описывгю- щее диаграмму ползучести

ki + k2

f(B,T) t --.

(3)

Пример I. Серию (4 шт) образцов (диаметром 5 мм) из стали 40Х нагружают со скоростью кг/с в течение 20 с лри 20°С. Регистрируют величину деформации. Результаты испытаний усредн ют. Вторую серию образцов нагружают при 20°С с той же скоростью кг/с до заданного на

пр жени МПа в образце. Выдерживают образец под этим напр жением 50 мин, затем мгновенно разгружают до и регистрируют величину деформации еще в течение 60 мин. Третью и четвертую серию образцов вначале нагружают со скоростью 196 кг/с до напр жений МПа и МПа соответственно, выдерживают при этих напр жени х 50 мин, затем мгновенно разгружают до нулевого значени а и продолжают регистрировать деформацию образцов еш,е 60 мин.

5

ции от напр жени , полученна при испытании первой серии образцов по известному способу). Общее вре.м , необходимое дл проведени экспериментов и получени тре0 буемых данных, 6440 мин. На фиг. 2 изображена диаграмма ползучести и возврата стали 40Х при 20°С (кривые I, 2, 3 соответствуют результатам испытаний второй, третьей и четвертой серии образцов). По полу5 ченнык результатам испытаний определ ют зависимость деформации в образце в процессе активного начального напр жени и в процессах разгрузки и повторного нагружени с любым законом нагружени . Общее врем , необходимое дл получени требуемых дан0 ных, составл ет 4338 мин. На фиг. 3 приведены такие диаграммы дл стали 40Х. Методика определени этой зависимости, например , в процессе, когда скорость в периоды активного начального нагружени разгрузки и повторного нагружени соответ5 ствует ,8 кг/с, следующа (на фиг. 3 эта зависимость изображена кривой 2). По результатам испытаний второй серии образца ( МПа) устанавливают величины деформации образца при значении времени мин, мин, мкн. Дефор.чаци sz (; :ндекс внизу указывает на номер серии образи.а) соответственно имеет следуюп.1ие значени : S2(1.i)0, e2(t2)0,5110 ; е2( 1з)-0,09-10 (на фиг. 2 точки А, Б и В). По зтим данным из резуль5 татов испытаний первой серии образца .наход т напр жение, соответствующее . )- 316 МПа; ffE2(l2} 324Mna; (1з) 1.80 МПа (на фиг. i точки Г, Д и Е). Аналогично по резул;угатзм испытаний третьей и четвертой серии образцов имеют

0 ез(и)--.п),5МО- ; вз(12)0,86-10- ; 8з(1з) 0, (t,).24 МПа; 83(1.2) 335,2 МПа; f з(1з)-306,7 МПа;

0

л2

.45- 0-2;64(t2) ,7i-iO- ;e4(t3) ,OI-10 (ti) МПа; f 64(12) 350 МПа: Г ft-,,, (1з) 335 МПа. В табл. i приведены зав.чсимости Q , , kj, k2 от напр жени .

Т а б л и ц а

б, , МПа оС

Ц 102

i 10

0,59 0,42 0,29

9,15 6,42 1,35

8,43 5,96 1,20

Определение координат других точек диаграммы зависимости деформации от времени получают аналогично координатам точки К. По предлагаемому способу определ ют зависимости при нагружении образца IPI

23,6 кг/с (крива 1, фиг. 3).

На кривой 3 (фиг. 3) изображена диаграмма зависимости е от а при более сложном законе нагружени , разгрузки и повторного нагружени , который задан табл. 2.

0 Пунктирной линией изображены диаграммы зависимости деформации от напр жени в .образце, полученные при испытании образцов по заданным законам нагружени . Расхождение результатов испытани обг разцов с результатами, полученными предлагаемым способом, составл ет 0-10%.

Таблица 2

Пример 2. Серию образцов диаметром 5 мм из сплава ЭЙ-437, каждый образец которой нагревают соответственно до 400, 500, 600°С, нагружают со скоростью кг/с до заданного напр жени в об- разцах (а 600МПа), выдерживают 100 мин а затем разгружают мгновенно до и еще в течение 20 мин регистрируют деформацию образцов. Аналогично испытывают образцы третьей, четвертой и п той серий при возрастании напр жени в образцах до , 680 и 700 МПа.

Результаты испытаний табл. 3 и 4.

По результатам испытаний определ ют зависимость деформации от напр жени в образцах при любых реальных процессах нагружени , разгрузки и повторного нагружени , и нагрева в пределах измене

приведены в

5

0

ни температуры О-600°С и напр жени 0.-720 МПа.

В табл. 5 приведены законы нагружени и нагрева и установленные предлагаемым способом физико-механические характеристики сплава ЭЙ-437.

Законы нагружени и нагрева образцов выбраны таким образом, чтобы в процессе их выполнени величина деформации ползучести в образце была значительной. Данные, приведенные в таблицах, показывают, что предлагаемый способ при меньших затратах времени обеспечивает определение физико-механических характеристик материалов при любых реальных законах нагружени и нагрева как в процессе активного начального нагружени , так и в процессах нагрузки и повторного нагружени .

Процесс активного нагружени

Таблица 5

1381364

ё МПа

300

,мпа

ЮО

10

Продолжение табл. 5

JJ:

20

40бй

фие.г

sot мин

Ю

Claims

Формула изобретения

Способ определения физико-механических характеристик материала, включающий нагрев образцов, растяжение при мгновенных скоростях нагружения, нагружение постоянным усилием, измерение деформации во времени и оценку ее зависимости от напряжения и нагрева, отличающийся тем, что, с целью уменьшения затрат времени при расширении объема получаемых физикомеханических характеристик материалов, образцы после нагружения разгружают до нулевого значения напряжения, регистрируют изменение величины деформации во времени, а о величине деформации ползучести судят по изменению деформации во времени от напряжения и температуры нагрева в периоды активного нагружения и разгрузки по зависимости f (ε,Τ) =σ{1 -4-[t—(f—t,)+ —rt

1—α 1—ct гдеЦеьТ) —мгновенная термомеханическая поверхность, которой соответствует серия диаграмм мгновенного растяжения;

Т —температура метариала образца в момент времени t;

<5 — напряжение; ε — деформация;

t — текущее значение времени;

Id, кг и а — коэффициенты, ^определяемые из диаграмм ползучести и возврата;

Ц—момент времени разгрузки.

Т а б л и ц а

Речу.чьтаты испытаний образцов из сплава ЭИ-437 иторсй, третьей, четвертой и пятой серий

Показатель ГЧ -г; г--;:;- Серия 2-_Я образцов “Ч 1 ~Ч I 5-я б , МПа 600 660 680 720 600 6 60 680 720 600 6<)ϋ 680 720 Ζ Ю² при т / с 400 500 600 f , мин 0 0,38 0,50 0,60 0,74 0,39 0,51 0,57 3,64 0,34 0,45 0,50 0,ύ4 50 1,36 2,18 2,57 3,70 С , 74 1,32 1 ,55 2,06 0,56 0,98 1,21 1,78 100 1,52 2,56 3,00 4,34 0,74 1 , 30 1 ,60 2,30 0,58 1,04 1 ,25 1,87 1 .20 2,26 2,68 3,94 0,42 1 ,0?. 1,26 1,92 0,34 0 > 7 3 0,96 1,54 105 0,98 1,76 1,94 2,64 0,27 0,85 1,10 1,74 0,22 .0,56 0,80 1,80 110 0,96 1 ,36 1,60 2,37.·-; 0,26 0,68 0,94 1,68 0,17 0,44 0,63 0,99 120 0,95 1,20 1,54 2,18 0,24 0,59 0,73 1,65 0.,139 0,39 С, 51 0,87

Таблица 5

t, мин Т(с) , °C б (t), МПа δ · Ю² Предлагаемый способ Проверка Процесс активного нагружения 0 0 0 0 0 14,27 83,9 100 0,10 0,10 28,54 167,8 200 0,17 0,17 42,81 251,7 300 0,24 0,24 57,08 335,7 400 0,30 0,30 71,36 419,6 500 0,40 0,40 85,63 503,5 600 0,59 0,60 99,90 587,4 700 0,95 1 ,07 102,04 600 715 1,18 1,25 102,04 600 700 1,19 1,245

Процесс разгрузки

102,6 600 600 1,16 1,21 102,09 600 500 1,10 1,17 102,11 600 400 1 ,06 1,125 102,13 600 300 1,02 1,07 102,16 600 200 0,98 1,01 102,18 600 100 0,88 0,94 102,20 600 0 0,80 0,86

Процесс повторного нагружения

194,47 83,9 100 0,85 0,905 208,74 167,8 200 0,91 0,97 223,11 251,7 300 0,97 . 1,04

Продолжение табл. 5

t, мин T(t), °C в (t), МПА ζ 1 о² Предлагаемый способ Проверка 237,28 335,7 400 1 ,03 1,10 251,56 419,6 500 1,12 1,16 265,83 5.03,5 600 1,23 1,23 280,1 587;4 700 1 ,50 1 ,55 282,24 600,0 715 1,65 1,80