способ испытания листовых материалов на растяжение

Формула изобретения

Способ испытания листовых материалов на растяжение, по которому образец прямоугольной формы нагружают до разрушения эластичным пуансоном в жесткой щелевой матрице усилием, перпендикулярным плоскости образца, отличающийся тем, что используют образец с шириной рабочей части, втрое превышающей его толщину, определяют площадь поперечного сечения рабочей части образца в месте разрушения, на основании которой рассчитывают величину предельной пластичности его материала.

Описание изобретения к патенту

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

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ испытания листовых материалов на растяжение, представленный в патенте [1].

В данном способе образец прямоугольной формы нагружают до разрушения эластичным пуансоном в жесткой щелевой матрице усилием, перпендикулярным плоскости образца, которое прикладывают через расположенный в центральной зоне образца эластичный вкладыш, имеющий длину, равную 0,8 ширины рабочей части образца, и ширину, вдвое меньшую ее длины.

Недостатком известного технического решения является невысокая точность проведения испытаний листовых материалов на растяжение в условиях одноосного растяжения, обусловленная локализацией деформации (образованием шейки) на рабочей части образца, приводящей к искажению условий испытаний в связи с переходом от одноосного растяжения к двухосному.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности испытания путем исключения локализации деформации (образования шейки) на рабочей части образца и обеспечения условий одноосного растяжения вплоть до разрыва образца.

Это достигается тем, что в способе испытания листовых материалов на растяжение, согласно изобретению, для исключения локализации деформации (образования шейки) на рабочей части образца используют образец с шириной рабочей части втрое превышающей его толщину.

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

Способ осуществляют следующим образом. Из исследуемого материала изготавливают образец, имеющий прямоугольную форму и ослабление на рабочей части, ширина которой втрое превышает толщину образца. До начала испытаний измеряют толщину t₀ и ширину b₀ рабочей части образца. Затем образец 1 устанавливают на зеркало жесткой щелевой матрицы 2. С целью уменьшения сил трения между образцом и матрицей размещают полиэтиленовую пленку толщиной 0,1 мм. Между эластичным пуансоном 3, помещенным в контейнер 4, и образцом 1 по обоим его концам в зонах зажимной и переходной частей располагают накладки 5 из высокопрочного пластичного металла, которые блокируют деформацию образца за пределами его рабочей части. К контейнеру 4 прикладывают усилие пресса и производят нагружение образца до разрушения.

За счет применения в качестве материала пуансона эластичной среды при испытании обеспечивается высокая равномерность распределения давления на рабочей части образца и тем самым в ее пределах реализуется однородное одноосное растяжение вплоть до разрушения образца. При этом обеспечивается прижим образца к зеркалу матрицы по всему его контуру, а усилие прижима по ходу деформирования увеличивается.

После испытания образец 1 извлекают из матрицы 2, измеряют толщину t и ширину b рабочей части образца в месте разрушения и рассчитывают величину предельной пластичности материала образца _пр по форумле

_пр=ln(F₀/F),

где F ₀=b₀·t₀ - начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца;

F=b·t - площадь поперечного сечения рабочей части образца после испытания.

Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность определения характеристик механических свойств листовых материалов в условиях одноосного растяжения.

Пример конкретной реализации способа

Испытание образцов листовых материалов в условиях одноосного растяжения осуществляли на стандартной испытательной машине ЦД-40. Испытаниям подвергали три плоских образца, изготовленных из алюминиевого сплава Д16АМ. Рабочая часть образцов имела длину 40 мм, а ширину - 4,5 мм, которая втрое превышала толщину равную 1,5 мм. В качестве эластичной среды для пуансона при испытании использовали технологическую резину марки 3826.

Нагружение образцов до разрушения производили по схеме прямой вытяжки в экспериментальном штампе с широкой рабочей части канала жесткой щелевой матрицы, равной 55 мм.

Разрушение каждого из трех испытанных образцов не сопровождалось локализацией деформации (образование шейки) и происходило по центру рабочей части образца путем образования трещины, ориентированной по нормали к его продольной оси, что свидетельствовало о том, что при испытании реализуются условия одноосного растяжения.

Предельная пластичность материала _пр равна интенсивности деформации _i, накопленной к моменту разрушения. В случае одноосного растяжения

где l₀, l - расчетная длина образца соответственно до и после испытания.

В соответствии с условием пластической несжимаемости материала

Из сопоставления соотношений (1) и (2) следует, что предельная пластичность

Для установления предельной пластичности для каждого из испытанных образцов измеряли в месте разрушения ширину b и толщину t рабочей части образца и определяли площадь его поперечного сечения F. Величина предельной пластичности, усредненная по результатам испытаний трех образцов, оказалась равной 0,34.

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

Предлагаемый способ позволяет определить с высокой точностью и достоверностью характеристики механических свойств листовых материалов при одноосном растяжении. Предлагаемый способ может быть использован, в частности, для установления предельной пластичности при одноосном растяжении, необходимой для построения диаграмм предельной формуемости материала, используемой 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. Патент РФ 2226682, кл. G01N 3/28. 10.04.2004, БИ № 10.