SU1717942A1 - Способ исследовани деформаций при кручении - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к механическим испытани м материалов. Цель изобретени  - повышение надежности. Это достигаетс  за счет креплени  метки 1, выполненной из пластичного материала, к образцу 2 в точках , размещенных с посто нным шагом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

(Л

С

Фс

и.г.1

VJ

ю

ю

Изобретение относитс  к механическим испытани м материалов на скручивание.

Известен метод испытани  на скручивание проволоки из металлов и сплавов диаметром 0,14-10 мм. Перед испытанием образец зажимают в захватах и нат гивают грузом, масса которого создает нат жение проволоки, равное 2% от ее разрывного усили . Расчетна  длина образца круглой проволоки устанавливаетс  равной lOOxd (d - диаметр проволоки). По числу выдержанных скручиваний суд т о способности металла к пластической деформации при кручении.

Недостатком способа испытани   вл етс  то, что определ емое число оборотов до разрушени  не  вл етс  характеристикой степени деформации сдвига, соответствующей разрушению металла . Пластичность металла в указанном методе оцениваетс  неинвариантной характеристикой .

Известен способ определени  степени деформации сдвига при кручении цилиндрических образцов, при котором типографским способом печатают риску вдоль образующей на поверхности образца до испытани . При кручении образца риска поворачиваетс  и в момент разрушени  занимает положение винтовой линии с углом наклона к образующей образца «о-Предельна  степейь деформации на поверхности образца подсчитываетс  по измерению угла % в месте разрушени  по формуле Ap tgob. Измерение угла проводитс  с помощью инструментального микроскопа.

Недостатком известного способа  вл етс  сложность и больша  трудоемкость типографского способа нанесени  риски и последующего измерени  ее угла наклона после кручени  испытываемого образца. Присутствующа  технологическа  смазка на проволоке затрудн ет качественное нанесение риски и требует дополнительную обработку поверхности. С уменьшением сечени  круглого издели  возрастает трудность нанесени  риски строго по образующей. В зависимости от параметров окружающей среды испытываемого образца (температура , давление, химическа  активность и т.п.) происходит частичное или полное удаление риски с поверхности.

Цель изобретени  - повышение надежности результатов измерени  деформаций по длине образца.

На фиг.1 показано крепление метки; на фиг.2 - метка после кручени ; на фиг.З - схема вычислени  длины винтовой линии L между витками.

Способ состоит в том, с целью повышени  надежности, метку выполн ют из пластичного материала и прикрепл ют ее к образцу в точках , размещенных с посто н- ным шагом, а деформации поверхностных слоев определ ют по формуле:

Е ln(1(cos а) или Е ln(L/h). где СЕ-угол наклона метки после испытани  к образующей образца;

L - длина после испытани  винтовой спирали, размещенна  между двум  точками;

h - длина участка метки между двум  точками до испытани ,

При этом с целью расширени  эксплуатационных возможностей, метку выполн ют из инертного к агрессивным средам материала вспомогательного образца на участке испытываемого образца длиной h.

В отличие от известного предлагаемый способ предусматривает до испытани  образца крепление вспомогательного образца вдоль образующей первого. Затем производит совместное кручение образцов. В известном способе величину деформации определ ют по углу наклона образующей, нанесенной до деформации на поверхности испытываемого образца, по формуле A tga, в предлагаемом способепо углу наклона вспомогательного образца к образующей испытываемого образца по формуле Е In(1/cos а) или подлине винтовой спирали L на участке основного образца длиной h с использованием формулы Е ln(L/h).

Способ осуществл етс  следующим образом .

Вдоль образующей испытываемого образца укрепл ют метку - тонкое изделие из

легкодеформируемого и пластичного материала или из эластичного материала (тонкий резиновый шнур). Крепление пластичного материала (например, медной проволоки) по образующей испытываемого образца

можно осуществл ть с помощью окружной совместной обмотки образцов тонкими нитками . Тонкий резиновый шнур укрепл ют вдоль образующей в раст нутом состо нии. На фиг.1 показано крепление метки 1 вдоль

боковой поверхности испытываемого образца 2. После кручени  метка принимает форму пространственной винтовой линии (фиг.2), расположенной к образующей испытываемого рбразца в фиксированной области под углом а . Если обозначить рассто ние между двум  витками h, то длину винтовой линии L между этими витками можно определить по формуле (фиг.З) L h/cosor.

На фиксированном участке длиной h справедливо следующее отношение текущей.длины винтовой линии метки к ее первоначальной длине h : L/h - 1/cosa. Крепление метки обеспечи- вает отсутствие при кручении окружного перемещени  относительно боковой поверхности основного образца. В результате метка при кручении принимает форму пространственной кривой, которую получает образующа  испытываемого образца.

Поскольку гипотеза о протекании деформации кручени  только за счет сдвига на практике не реализуетс  (образцы измен т при кручении длину, диаметр), то можно ее представить как следствие деформации эле- ментарных (бесконечно малых) волокон, имеющих преимущественную осевую направленность . Формированию осевой волокнистости способствуют процессы изготовлени  образцов: прокатка, волочение . Элементарное волокно dz после кручени  занимает положение отрезка dl с длиной dl dz/cosa. Истинна  (логарифмическа ) осева  деформаци  волокна равна

E ln() ln(1/cosa),

а если это выразить через конечные размеры вспомогательного образца - метки h, z, то Б ln(L/h).

Длина винтовой линии L на участке h может определ тьс  с помощью штанген- циркул  после выпр млени  вспомогательного образца.

Пример. Исследовали пластичность при кручении образцов диаметром 1,3 мм из стали 70 с временным сопротивлением разрыву 210 кгс/мм2. Испытани  проводили при комнатной температуре и при отрицательной - 58°С. Охлаждающей средой слу- жил насыщенный раствор углекислоты в ацетоне. Рассто ние между захватами скручиваемых образцов составило 280 мм (база испытани  была выбрана с учетом длины холодильной камеры). Вдоль образующей стальной проволоки укрепл ли отожженную медную проволоку диаметром 0,15 мм с помощью окружной намотки ниток вдоль длины основного и вспомогательного образцов с шагом 0,5-1,5 мм. Испытывали по четыре образца при каждой температуре. Количество скручиваний до разрушени  при комнатной температуре составило 61, 75, 79,80, при отрицатель ной температуре-23, 32,39,42. Средн   величина шага проволоч- ной спирали после разрушени  основного образца и средн   дисперси  определ етс 

как S

(h,--h)2

h-T

где п - количество шагов медной проволоки вдоль длины разрушенного образца; hi - длина 1-го шага, и дл  четырех образцов, разрушенных при комнатной температуре, составл ет соответственно 4,80 и 0,34 мм2, а дл  образцов, скрученных при отрицательной температуре, - соответственно 12,48 и 16,11 мм2. Замер шага осуществл ли штангенциркулем . Определение угла наклона медной проволоки с помощью инструментального микроскопа показало также большой разброс величины угла по длине образцов, скрученных при отрицательной температуре. При этом величина угла в месте разрушени  исследованных образцов при обеих температурах существенно не отличаетс  и составила 54°121, что соответствует деформации Ё 0,55. Минимальна  величина угла наклона у четырех образцов, скрученных при комнатной температуре, составила 38°50 ( Емин 0,25), а у образцов, разрушенных при отрицательной температуре - 15° ( Емин 0,03), т.е. понижение температуры испытани  приводит к увеличению неоднородности деформации по длине скручиваемых образцов.

Определение а по длине образца на инструментальном микроскопе по наклону медной проволоки и наклону образующей риски, нанесенной до испытани  типографским способом, показало совпадение угла закручивани  проволоки и риски на боковой поверхности испытываемого образца.

В сравнении с известным предлагаемый способ позвол ет визуально определ ть характер распределени  деформаций по длине образца. Дл  определени  деформаций можно пользоватьс  замером не только углов, но и линейных размеров.

В сравнении с известным методом испытани  на скручивание предлагаемый способ позвол ет оценивать пластичность при скручивании инвариантной характеристикой по всей длине скручиваемого (скрученного ) образца.

Предлагаемый способ реализуетс  с использованием существующего оборудовани  дл  испытани  на скручивание.

Разработанный способ был использован при исследовании зависимости пластичности и однородности распределени  деформаций по длине проволочных образцов при кручении от температуры испытани .

Claims (2)

1. Способ исследовани  деформаций при кручении, заключающийс  в том, что нанос т метку на образец вдоль образующей , производ т кручение образца до его разрушени  и определ ют деформации образца , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности, метку выполн ют из пластичного материала и прикрепл ют ее к образцу в точках, размещенных с посто нным шагом, и деформации поверхностных слоев определ ют по формуле Е ln(1 /cos a ) илиЕ In(L/h), где а - угол наклона метки после испытани  к образующей образца; L -длина участка метки между двум  «

ками после испытани ; h - длина участка метки между двум  точками до испытани .

2. Способ по п.1, отличающийс  тем, что, с целью расширени  эксплуатационных возможностей, метку выполн ют из инертного к агрессивным средам материала.

Фиг. 2.

г$г

/I

Фиг.З