способ испытания листовых материалов на двухосное растяжение

Формула изобретения

Способ испытания листовых материалов на двухосное растяжение, заключающийся в том, что образец в форме диска размещают на матрице, зажимают с помощью прижимного кольца, нагружают жестким пуансоном, расположенным соосно с матрицей, и определяют предельную пластичность, отличающийся тем, что используют образец с односторонним углублением в его рабочей части, при этом нагружают его до разрушения по кольцевой периферийной зоне, расположенной между образованной по контуру образца зажимной областью и рабочей частью, имеющей диаметр, равный 0,8 диаметра полости пуансона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при определении характеристик механических свойств листовых материалов в условиях двухосного растяжения в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Известен способ испытания листовых материалов на двухосное растяжение, заключающийся в том, что образец в виде пластины устанавливают на матрицу, зажимают прижимным кольцом, нагружают пуансоном с сферической рабочей поверхностью до разрушения, определяют момент разрушения по трещинам на выпучиваемой части образца и по полученным данным судят о технологичности применяемого материала [1]. Недостатком этого способа является невозможность проведения испытания в условиях однородного двухосного растяжения вследствие неравномерности условий нагружения образца.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ испытания листовых материалов на двухосное растяжение, представленный в авторском свидетельстве [2].

В данном способе последовательно испытывают несколько образцов различного диаметра. При этом образец в форме диска размещают на матрице, зажимают его с помощью прижимного кольца и нагружают жестким пуансоном, расположенным соосно с матрицей. Нагружение осуществляют по рабочей части образца и при появлении на нем трещин определяют предельную пластичность.

Известное техническое решение имеет следующие недостатки:

- низкая точность, обусловленная существенным влиянием на результаты испытания сил трения между образцом и пуансоном, вследствие чего рабочая часть образца деформируется в условиях неоднородного двухосного растяжения;

- большая трудоемкость и значительный расход материала, связанные с необходимостью проведения испытаний нескольких образцов.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности испытания, снижение его трудоемкости и уменьшение расхода материала.

Это достигается тем, что в способе испытания листовых материалов на двухосное растяжение согласно изобретению для обеспечения условий однородного двухосного растяжения образец до разрушения нагружают по кольцевой периферийной зоне, расположенной между рабочей и зажимной частями.

На чертеже представлена схема осуществления способа: слева от оси симметрии - исходное положение образца перед испытанием, справа - положение образца после испытания.

Способ осуществляют следующим образом. Из исследуемого материала изготавливают образец в форме диска с ослаблением на рабочей части в виде одностороннего поднутрения, имеющего диаметр, равный 0,8 диаметра полости пуансона. Наличие поднутрения позволяет ослабить рабочую часть образца, вследствие чего при его нагружении будет преимущественно деформироваться эта часть и на ней будет происходить разрушение.

Кроме того, наличие поднутрения на образце и круговой полости в пуансоне позволяет исключить влияние сил трения между образцом и пуансоном на результаты определения характеристик механических свойств материала образца за счет создания на ослабленной рабочей части образца зоны внеконтактной деформации.

Вследствие этого рабочая часть образца при его нагружении деформируется в условиях однородного двухосного растяжения.

Для снижения концентрации напряжений и предотвращения связанного с этим преждевременного разрушения образца поднутрение имеет радиусы перехода в области его сопряжения с периферийной зоной не менее 0,2 толщины материала образца.

До начала испытания измеряют толщину t₀ образца в области поднутрения. Затем образец 1 размещают на матрице 2, зажимают по контуру с помощью прижимного кольца 3 и нагружают до разрушения жестким пуансоном 4, расположенным соосно с матрицей, по кольцевой периферийной зоне, расположенной между рабочей и зажимной частями.

После испытания образец 1 извлекают из матрицы 2, измеряют толщину t его рабочей части вблизи образовавшейся трещины и рассчитывают величину предельной пластичности _пр по формуле

_пр=ln(t₀/t).

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность определения характеристик механических свойств листовых материалов в условиях двухосного растяжения, снизить трудоемкость испытания и уменьшить расход материала.

Пример конкретной реализации способа

Двухосное растяжение осуществляли на стандартной испытательной машине Р-20. Испытаниям подвергали три круглых образца, изготовленных из листовой стали 08 (ГОСТ 16523-70) толщиной 1,2 мм. Диаметр образца 166 мм, диаметр поднутрения 36 мм, радиусы сопряжения поднутрения с периферийной зоной 0,25 мм. Толщина t₀ рабочей части образца (в области поднутрения) 0,95 мм.

Нагружение образцов до разрушения производили в экспериментальном штампе жестким пуансоном диаметром 75 мм, имевшим круговую полость диаметром 45 мм и глубиной 10 мм.

Для проверки реализации на рабочей части образца условий однородного двухосного растяжения после испытания определяли деформации по предварительно нанесенной на образец фотоконтактным способом делительной сетке из системы пересекающихся окружностей диаметром d₀=2,6 мм. С этой целью вдоль одного радиуса, расположенного вблизи трещины, но ею не пересекаемого, измеряли размеры ячеек искаженной делительной сетки с помощью инструментального микроскопа БМИ-1 с точностью 0,005 мм. Главные деформации в плоскости листа рассчитывали по формулам

где a, b соответственно максимальный и минимальный размеры ячейки деформированной делительной сетки.

По установленным значениям главных деформаций определяли параметр вида деформированного состояния =₂/₁. Практически на всей длине рабочей части каждого из испытанных образцов параметр вида деформированного состояния оставался постоянным, а его величина была близка к единице, что свидетельствовало о том, что рабочая часть образца при его нагружении деформировалась в условиях однородного двухосного растяжения.

Разрушение каждого из трех испытанных образцов происходило путем образования трещин по центру рабочей части, что также подтверждало, что при испытании реализуются условия однородной деформации двухосного растяжения.

Предельная пластичность материала _пр равна интенсивности деформаций _i, накопленной к моменту разрушения. В случае равномерного двухосного растяжения главные деформации в плоскости листа равны (₁=₂) и тогда

Из условия пластической несжимаемости материала следует, что

где ₃=ln(t/t₀) - третья главная деформация.

Из сопоставления соотношений (2) и (3) следует, что предельная пластичность

Для установления предельной пластичности на рабочей части каждого из испытанных образцов измеряли толщину t вблизи места разрыва.

Независимое определение предельной пластичности _пр методом делительных сеток (расчет по формуле (2)) и по результатам измерения толщины рабочей части образца до и после испытания (расчет по формуле (4)) дало практически одинаковые значения предельной пластичности, а ее величина, усредненная по результатам испытания трех образцов, оказалась равной 0,64.

Таким образом, представленные экспериментальные данные позволяют сделать заключение о возможности реализации с достаточной степенью точности предлагаемого способа испытания листовых материалов на двухосное растяжение.

Предлагаемый способ позволяет определить с высокой точностью и достоверностью характеристики механических свойств листовых материалов в условиях однородной деформации двухосного растяжения. Предлагаемый способ может быть использован, в частности, для установления предельной устойчивой деформации и предельной пластичности листового материала при двухосном равномерном растяжении, необходимых для построения диаграмм предельной формуемости материала, и используемых при проектировании технологических процессов обработки металлов давлением. Использование предлагаемого способа испытания позволит определять необходимые характеристики механических свойств листовых материалов, применяемых в различных отраслях промышленности, путем проведения испытаний в механических лабораториях промышленных предприятий и НИИ.

Источники информации

1. Авдеев Б.А. Техника определения механических свойств материалов. М.: Машиностроение. 1965. С.391-397.

2. АС СССР 688859, кл. G 01 N 3/08, 30.09.79. БИ №36.