Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для исследования механических характеристик материалов деталей и конструкций.

Известен способ определения деформации в пластически деформированном металле методом растяжения образца (Золотаревский B.C. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1983 г., 350 с., С. 11-13), согласно которому из материала детали вырезают образец, проводят его испытание на растяжение и по значениям длин и поперечных сечений образца до и после растяжения рассчитывают значения относительной деформации в пластически деформированном металле по формулам: и , где δ_К - относительное остаточное удлинение образца; Ψ_К - относительное остаточное сужение образца; и F₀ - длина и поперечное сечение образца в исходном состоянии; и F - длина и поперечное сечение образца после наклепа растяжением.

Недостатками этого способа являются большие трудозатраты и материалозатраты при изготовлении и испытании образцов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения интенсивности деформаций и напряжений в пластически деформированном материале (Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. - М.: Машиностроение, 1971), заключающийся в том, что для испытуемого материала получают тарировочные графики в координатах «интенсивность деформаций - твердость» и «интенсивность напряжений - твердость» при ступенчатом нагружении образца из данного материала, например, растяжением или сжатием, затем непосредственно в деформированном материале изделия производят вдавливание индентора, определяют твердость деформированного материала, после чего с использованием тарировочных графиков определяют интенсивности деформаций и напряжений в деформированном материале.

Недостаток этого способа заключается в больших трудозатратах и материалозатратах при получении тарировочных графиков для каждого испытуемого материала.

Технической задачей изобретения является определение интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала вдавливанием индентора без необходимости проведения разрушающих испытаний стандартных образцов и построения тарировочных графиков с возможностью определения механических характеристик деформированного и недеформированного материала в процессе реализации способа.

Технический результат заключается в снижении трудоемкости и материалоемкости, а также расширении функциональных возможностей способа.

Это достигается тем, что в известном способе определения интенсивности деформаций и напряжений, включающем вдавливание индентора в деформированный материал изделия под нагрузкой F1, проводят дополнительно второе вдавливание в деформированный материал изделия под нагрузкой F2, причем F2>F1, а затем дважды вдавливают индентор в недеформированный материал изделия под этими же нагрузками, при этом все вдавливания осуществляют сферическим индентором, после чего определяют параметры деформационного упрочнения для деформированного и недеформированного материала, с учетом которых рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации для недеформированного и деформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности деформаций в деформированном материале, а также рассчитывают значения истинного временного сопротивления для деформированного и недеформированного материала изделия, по разности которых определяют значение интенсивности напряжений в деформированном материале.

Реализация предлагаемого способа определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала осуществляется следующим образом. На поверхности изделия, в котором имеются локальные зоны пластически деформированного материала, с помощью сферического индентора диаметром D производят два вдавливания в деформированный материал под разными нагрузками F₁ и F₂, причем F₂>F₁, измеряя при этом диаметры полученных отпечатков и соответственно. Затем производят два вдавливания в недеформированный материал под этими же нагрузками, и также производят замер диаметров полученных отпечатков и .

По результатам двух вдавливаний в деформированный материал определяют параметр деформационного упрочнения для деформированного материала, а по результатам двух вдавливаний в недеформированный материал - параметр деформационного упрочнения для недеформированного материала:

; .

Экспериментально установлено, что значение истинной предельной равномерной деформации ε_р однозначно зависит от параметра n. По полученным значениям параметров упрочнения и рассчитывают значения истинной предельной равномерной деформации и для деформированного и недеформированного материала соответственно:

; .

Затем рассчитывается интенсивность деформации ε_i в деформированном материале как разность полученных значений истинной предельной равномерной деформации и :

.

Для определения интенсивности напряжений в деформированном материале сначала рассчитывают значения твердости по Мейеру на пределе прочности и для деформированного и недеформированного материала по выражениям:

;

.

По полученным значениям и рассчитывают значения истинного временного сопротивления и для деформированного и недеформированного материала соответственно, которые однозначно зависят от твердости по Мейеру на пределе прочности:

; .

Интенсивность напряжений σ_i в деформированном материале рассчитывается как разность полученных значений и :

.

При испытаниях стальных конструкций в целях повышения информативности способа нагрузку вдавливания F₂ выбирают равной 30⋅D², что дает возможность дополнительно определить значения твердости по Бринеллю деформированного и недеформированного металла с использованием ГОСТ 9012-59:

; .

Использование изобретения обеспечивает значительное повышение производительности измерений за счет отсутствия необходимости проведения трудоемких и материалоемких экспериментов по получению тарировочных графиков для каждого испытуемого материала. Также использование изобретения обеспечивает расширение функциональных возможностей способа, т.к. в процессе его реализации дополнительно определяются коэффициенты деформационного упрочнения, твердость по Мейеру, истинная предельная равномерная деформация и истинное временное сопротивление деформированного и недеформированного материала изделия, что позволяет получить более полную информацию о его фактических механических свойствах и эксплуатационных характеристиках. Кроме того, из-за отсутствия необходимости вырезки образцов для проведения испытаний, предлагаемый способ можно использовать в качестве неразрушающего безобразцового способа определения интенсивности деформаций и напряжений в локальных зонах пластически деформированного материала деталей и конструкций, например в гибах трубопроводов, на контактных площадках, в упрочненных холодной пластической деформацией местах изделий (алмазное выглаживание, обдувка дробью и др.).