способ определения прочностных характеристик металлов и их сплавов
Классы МПК: | G01N3/48 путем получения отпечатков от индентора при приложении к нему ударной нагрузки, например падающего шарика |
Автор(ы): | Кубарев Александр Евгеньевич, Аннабердиев Леонид Хаджимуратович |
Патентообладатель(и): | Кубарев Александр Евгеньевич, Аннабердиев Леонид Хаджимуратович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-01-11 публикация патента:
27.05.1997 |
Область использования: в машиностроении для оперативного безобразцового контроля качества металла, для послеоперационного контроля, контроля прочности металлоконструкций и сооружений. Сущность изобретения: для оценки прочностных характеристик металла (предел прочности, предел текучести, ударная вязкость, относительное сужение и относительное удлинение) используются физические характеристики процесса внедрения индентора - максимальная скорость внедрения, время всего процесса, глубина проникновения индентора, определяемые по формулам:
Hv = 3246,95 + 18,68 l + 3,56 Vmax - 506,8 t
HRC = 123,06 - 6,31 l
Sv = 512,96 + 5,54 l - 10,25 Vmax - 103,28 t
St = 712,31 + 5,98 l - 12,28 Vmax - 104,16 t
F = 503,47 + 16,64 l - 103,18 Vmax - 104,87 t
A = 143,25 + 9,82 l - 47,04 t,
где l - глубина проникновения индентора,
Vмах - максимальная скорость процесса,
t - время процесса,
Hv - твердость по Виккерсу,
HRC - твердость по Роквеллу,
St - предел текучести,
Sv - предел прочности,
F - относительное сужение,
A - удельная вязкость. 1 ил., 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2
Hv = 3246,95 + 18,68 l + 3,56 Vmax - 506,8 t
HRC = 123,06 - 6,31 l
Sv = 512,96 + 5,54 l - 10,25 Vmax - 103,28 t
St = 712,31 + 5,98 l - 12,28 Vmax - 104,16 t
F = 503,47 + 16,64 l - 103,18 Vmax - 104,87 t
A = 143,25 + 9,82 l - 47,04 t,
где l - глубина проникновения индентора,
Vмах - максимальная скорость процесса,
t - время процесса,
Hv - твердость по Виккерсу,
HRC - твердость по Роквеллу,
St - предел текучести,
Sv - предел прочности,
F - относительное сужение,
A - удельная вязкость. 1 ил., 2 табл.
Формула изобретения
Способ определения прочностных характеристик металлов и их сплавов, заключающийся в том, что внедряют индентор в испытуемый материал, измеряют глубину внедрения и определяют его прочностные характеристики, отличающийся тем, что дополнительно измеряют максимальное значение скорости внедрения индентора, время достижения им максимальной глубины, а определение прочностных характеристик осуществляют по формуламНv 3247,95 + 18,68l + 3,56vmax 506,8t;
НRC 123,06 6,31l;
Sv= 512,96 + 5,54l 10,25vmax 103,28t;
St 712,31 + 5,98l -12,28vmax 104,16t;
F 503,47 + 16,64l -103,18vmax 104,87t;
A 143,25 + 9,82l 47,04t,
где l глубина внедрения индентора;
vmax максимальная скорость процесса;
t время процесса;
Hv твердость по Виккерсу;
НRС твердость по Роквеллу;
St предел текучести;
Sv предел прочности;
F относительное сужение;
A удельная вязкость.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для оперативного, безобразцового контроля качества металла на металлургических заводах, для послеоперационного контроля в цехах предприятий, контроля прочности металлических конструкций зданий и сооружений. Наиболее близким является способ определения, заключающийся в том, что в испытуемый материал вдавливают индентор и определяют размер отпечатка, при вдавливании индентора непрерывно увеличивают нагрузку до значения, соответствующего максимальному напряжению в зоне контакта, и регистрируют глубину отпечатка, а по значениям нагрузки и глубины, соответствующих максимальному напряжению, определяют предел прочности [1]Как правило, определяется твердость и предел прочности. Однако существующий способ имеет низкую точность и сложность применения из-за трудностей при выборе коэффициентов перехода, так как последнее не является константой. В качестве исходных данных для расчета прочностных характеристик применяются, как правило, геометрические размеры отпечатка и усилие вдавливания индентора. В то же время сложные процессы, происходящие в материале в результате деформаций и разрушений в зоне отпечатка, не могут быть достаточно точно отражены в модели, в основу которой положены только геометрические размеры и сила вдавливания индентора. Технический результат изобретения повышение точности измерения и расширение области использования. Указанный результат достигается тем, что в способе, включающем внедрение индентора, измерение глубины его внедрения и определение прочностных характеристик, дополнительно измеряют максимальное значение скорости внедрения индентора, время достижения им максимальной глубины, а определение прочностных характеристик осуществляют по формулам:
HV 3247,95 + 18,68l + 3,56Vmax 506,8 t;
HPC 123,06 6,31l;
Sv 512,96 + 5,54l 10,25Vmax 103,28 t;
St 712,31 + 5,98l 12,28Vmax 104,16t;
F 503,47 + 16,64l 103,18Vmax 104,87 t;
A 143,25 + 9,82l 47,04t;
где l глубина внедрения индентора;
Vmax максимальная скорость процесса;
t время процесса;
MV твердость по Виккерсу;
HPC твердость по Роквеллу;
St предел текучести;
Sv предел прочности;
F относительное сужение;
A удельная вязкость. Количественная оценка физических величин процесса внедрения является входом системы, а результирующими факторами прочностные характеристики металла и сплава. Предпосылкой создания способа явились следующие положения. Рассматривая процесс внедрения индикатора в исследуемый материал, отмечаются и фиксируются величины отдельных элементов, которые в определенной мере отражают характеристики прочности и пластичности (фиг. 1). где: l1 глубина проникновения индектора;
l2 упругая деформация дна отпечатка;
Vmax максимальное значение скорости;
V максимальное ускорение;
t1 время достижения максимальной глубины;
t2 время достижения максимальной скорости;
t3 время достижения максимального ускорения. Можно предложить, что глубина проникновения индентора и скорость отражают величину твердости и прочности, упругая деформация дна отпечатка предел текучести, относительное удлинение и максимальное ускорение сопротивление усилию вдавливания, значения t1, t2, t3 свойства вязкости образца. Перечисленные элементы процесса проникновения индентора в образец могут быть использованы в качестве факторов для построения математической модели прочностных характеристик, например в виде уравнений регрессии
V = f(l1,l2,Vmax,V,t1,t2,t3).
Здесь в качестве выхода V могут быть получены перечисленные выше характеристики прочности: H, Sv, St, A, F. Способ осуществления на разработанной лабораторией установке, которая представляет собой прибор с динамическим приложением нагрузки. Нанесение отпечатка производилось с помощью ударного узла, который сообщает индентору строго определенное количество энергии. Форма сигнала соответствует кривым, показанным на чертеже. Для регистрации полученного сигнала был использован двухлучевой осциллограф марки C8-17 с запоминающим экраном. В ударный узел был вмонтирован индукционный датчик скорости. Во время внедрения индентора в датчике возникла ЭДС, величина которой была пропорциональна скорости. Кривая, полученная на экране осциллографа в соответствии с масштабной сеткой, фиксировалась точками, которые затем аппроксимировались кривой. Для проведения испытаний были выбраны конструкционные стали, которые прошли проверку по химическому составу и прочностным характеристикам. По каждой марке стали из одного прута были вырезаны по три образца испытания на разрыв и упругую вязкость. Форма и размеры образцов гостированы. На первом этапе испытаний в качестве образцов испытывались стандартные плитки твердости, имеющие отклонения 2,5% В интервале твердости от 200 до 800 HV было взято пять плиток HV 195, HV 260, HV 452, HV 750, HV 800. Процедура испытаний заключалась в том, что каждой плитке наносилось три удара, и на экране высвечивались и запоминались три кривые. Отклонение кривых использовались для оценки рассеивания. Обработка полученных данных являлась основой для расчетов уравнения регистрации. Аналогичные испытания были приведены на образцах. Полученные результаты представлены в табл. 1 и 2.
Класс G01N3/48 путем получения отпечатков от индентора при приложении к нему ударной нагрузки, например падающего шарика