книги / Экспериментальные методы определения напряжений и деформаций

временем значительно уменьшает*, . Очевидно у конотрукцтоннкх материалов она также имеет место при значительно боль­ ших деформациях и повышенных температурах» что необходимо учи­ тывать при определении напряденного состояния по твердости г

§5. ВЛИЯНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СВЯЗЬ МЕВДУ ТВЕРДОСТЬЮ И НАПРЯШШЯШ

На практике нередко процоооз пластического деформирования осуществляется прп повышенных температурах (резание, натурные испытания турбшннх диодов п котлов высокого дав; зная, осадка, прокатка). Задача определения нопряненпа и деформаций в этих условиях монет быть решена о применение?* измерения твердости. Однако непосредственное намерение твердооти прп повышенных температурах (но всегда шше температуры рекристаллизации) яв­ ляется во многих случаях по только неудобным-, но просто новозмодным - измерение твердооти на работающих турбинных дисках» да осаживаемых поковках.

Целесообразно производить измерение твердооти пооле разгруз­ ки и остывания металла.

Исследование влияния нагрош на характер зависимости нецду напряжениями при пластическом деформировании и твердостью ос­ тывшего металла выполнено в условиях линейного и плоского на­ пряженного соотояяия С 6 Т Иогштание на раотяженне плоских образцов из сталей о т .З , П8Н9Т» котельных оталзй 22К, Х6ПШ, 16ГНМА и латуни Л-62 осуществляли на машине ГЖМ500, предназна­ ченной для испытания на ползучесть. Иоштшше на одноосное ожатие осуществляла в специально сконструированной электрической печи. Пооле деформирования при повышенной температуре нагрузку онимали и образцы охлаждались вместе с печыо. Измерение твердо­ оти проводили в 10 точках продольной лысюГ " на" рабочей ча­ сти образцов. Далее твердооти остывшего материала связывали о напряжениями, которые одоэд? место в момент пластического дефор­ мирования при повышенной температуре.

Па оояованип проведенных опытов установлено, что твердость, измеренная поодо охлаждения нагретого металла^ деформированного до одинаковой зштонсибнооте напряжений, там больше, чоы выше температура деформирования (рио. 22 ) е На основании полученных результатов указаны температуры, до которых мокло не считаться

Рис. 22. Влияние нагрева на связь мевду твердостью и

интенсивностью напряжения и деформаций

о влиянием нагрева в определять напряжения в пластической обжаотв по тьердооти и тарвровочному гранку н - бь , построен­ ному испытанием при комнатной температуре. Для сталей сто тем­ пература 200°С, для латунв 100°С, Мавовдадьная погрешнооть в определения бь прв этом не выше 10& Црн тенепартурах, цревышанщнх указанное эдачоная, для определения пнтвнопвсоотв напряжений методом измерения твердости необходимо пользоваться тарировочным графиком, построенным по результатам испытания образцов из иоояедуеиого материала прн температуре деформиро­ вания.

§ 6. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ

Тарвровочннй графив М ~ бь - 0с строят в уоловиях ста - твчеокого нагрукбявя. При отатичеовом нагруяенш зависимость медду твердостью в интенсивностью напряжений показана на риоунке 2 3 кривой I . Однако, модно ли пользоваться этим гра­ фиком для определения напряжений в процессах пластического де­ формирования, протекающих о высокой скоростью ‘(резание, штам­ повка взрывом, дробеструйная обработка)., Исследования показы­ вают, что предел упругости металлов с увеличением скорости де­ формирования возрастает (точка А смещавтся_в положение А1 )• В работе А.ЬКРозенберга н ЛДоХворостузлна [ 20 ] приведены результаты исследования,, овдатаяьствувдао о. том, что в обла­ сти больших длаотпчеошах деформаций, которые осуществляются при резашш металлов, кривая 4твердость - интенсивность напря­

жений” не зависит от скорости деформации,
В областа	малых деформаций расхождение	заввонмооти И - б с
подученной в	отаткчеокшс и даяамнчвоких условиях, оказывается
существенным	(рао. 23 ) , Здесь кривая I	построена по резуль­
татам испытания в условиях статического сжатия. Кривая 2 -

результат нопытаяяя на сжатие при взрывном пр&лоденжи нагрувки. Обозначим отношение пределов тецучеоти материала в статическом и дпншичеоиом состоливн коэффициентом с - б ь /(б с).

Тогда влияние окороотя деформации может быть учтено попра­ вочным коэффициентом с

В таблице 2 приведены эти коэффициенты в зависимости от отношения споростей деформации>при которых поотроен тарировочный график.

Рио, 23, Влияние скорости деформирования на связь медйУ твердостью в интенсивностью напряжений

			Ш лица 2
Отношение скоростей деформация	Коэффициент
	С
10	1,05	-	1,1
100	1,10	-	1,22
1000	1,16	-	1,34
Црн переходе от отатичеокого испы­	1,1	-	1,25
тания к ударному иагрувеяию

Однако, если есть возможность, при изучении быстро протекающих процесоов следует выполнять тарирование при скорости деформации, блиакой к скороета в исследуемом процессе.

§ 7. АНИЗОТРОПИЯ ТВЩОСТИ

Испытание на твердость сопровождается в основном деформаци­ ей ожатин в поперечной направлении» В тех случаях, когда эта деформация накладывается яа предварительную деформацию растяже­ ния^сопротивление силе, внедряющей шщентор в тело, а , следе-,

ватеяьао,	и твердость	уменьшается.
В силу	нэожикаемости материалов		( 6 1 + 62. +	- о )
возможны следующие деформированные ооотояния:
6 л > О		6 г. >О	6 г < О
6.1 > О		6 * ^ 0	6ъ < О
61	> О	6г.<0	< О .

Очевидно, отепенъ анизотропии твердости должна быть наиболь­ шей в первой одучае. Именно такое сочетание дефордоцвЯ имеет место при осевом сжатии» Пре внедрении ввдептора в радиальном

направлении (направленно	)	число твердости должно подучать­
ся капоодальшш0 при внедрении в		ооовом (аацравленне б г. ) -
миткальным.

Действительно, при исследования анизотропии при осевом сжа­

тии	получено, что с увеллчониеи предварительной дефор­
мации степень		анизотропии твердостя
(где Ир,	Цо	- твердость соответственно в радиальном а осе­
вом направлении) вначале возрастает, достигая при				~ 0,С7
вакенмуш,	а	затам уменьшается- в при	2й= 0,3	отановптоя

практически равной нулю. Максгйадьное значение степени анизо­ тропии твердости составляло 0,063» Погрешность определения интенсивности напряжений п ннтеноивностп деформаций, связан­

ная о анизотропной	твердости,	составляет для	б и - 10$, для
б». - 40$. Однако	указанные	опыты имеют методический недо­

статок: измерение твордоотп при внедрении эвдентора в осевом п радиальном направления производила в точках о разными коор­

динатами	И	Вследствие элияняя тре!шя яа торцах, твердость
осаженных	образцов		ею является постоянной по высота; у			торцов
она иэодолько		ниже,	чем в	средней	части образца. В связи	о
этим степень		анизотропии		оказалась	яеоколько завышенной.	С це-

Рис, 24. Анизотропия твердости,

------ внедрение в осевом направлении;

— ~ внедрение в радиальном направлении

яью уточнения било проведено исследование да образдо га стада от.З.ПбНЭТ, меда, латуни, стада Ш 5 . Измерение твердости в соевом и радиальной направлении проводила в точках о одинако­ вой координатой К (рас. 24 ). Для второ о двух оторон образ­ ца сострагивали дыокн, шлифовали их в яа расстоянии 1/3 внсоты от торцов производили внедрение шарика диаметром 10 ш под на­ грузкой 250, 500, 750, 1000, 1500 в для цветных металлов*- 250, 500, 1000, 2000 и 3000 ддя черных металлов. Далее образец разрезали оечешхяда, проходшдиш со линии измерения твардооти в радиальном ноцровдешш а на полученной плоскости вели измере­

ние твардооти в осевом направлении. Опита показали, что о умень­ шением нагрузки на индентор степень анизотропии твердости воэг

раотаат (рис. 2 4	). Однако при стандартных нагрузках величина
ее незначительна п составляет не более 3 %л Соответстдупцая
ей погрешность определения напрягенвй по твердости исчеаааде
маха, погрешность	определение деформаций доотигает заметной ве­
личины лишь в области ш ш х деформаций. Значительно уменьшить
ее удается ориентацией площадок, на которых измеряется твер­
дость исодедуемого	тела. Площадки, следует выбирать так, чтобы
главные деформации в их плоскости имели различные знака.
$ 7. ИЗМШШИЕ ТВЕРДОСТИ ПРИ ЦИСЛИЧЕШД! ©ФОРМИРОВАНИИ
Наибольшего расхождения кривых °твердооть - интенсивность

напряжений" с тараровочнш графиком следует онздать в той слу­ чае, когда пластическое деформпровшше сопровождается разгруз­ кой и поворотом главных осей тензора напршшаО.

Если после растяЕонгл до точки А (рис. Й ) образец разгру­ зить и оаикать эго з направления предшествовавшего раотяжоявя, то вследствие аффекта Баушшгзра плаотпческоо состояние насту­

пает при	напряаешап СбьН		, меньшим (®Оа		.	Твердость во
остаетон	постоянной, так как		при переходе	из точке		А а точку
В> деформация оставалась		д ругой . Точка		Ь	, отлооящаяря к
пластическому ооото;л!Шэс		по	лепит ыа кривой		СА	в график
61 - И	ко оказывается		едшшы ддя различных видов нагрупе-
пня. Экспар!ц/-о>::/-ал/ьное последование связи				между твердостью, ин­

тенсивностью нащшвппй и деформаций при немонотонном наглуаении (в уологшя;: двойного сжатия с промежуточным поворотом об­ разца на 90й) показало, что деформирование в обратном наорав-

денни в пределах деформации Баушнгера (до 2% от предваритель­ ной деформации) не сопровождается изменением твердости. Црц условии, что интенсивность напряжений доотвгает предшествовав» ■его разгрузке значения, при дальнейшем деформировании кривая

И - (н	совпадает о кривой, полученной прв простом натру-
женив. Ветвь же Н- 6ь		несколько смещена относительно тари-

ровочного графика. Совершенно очевидно, что этот еффэкт окащо- в т донкой накапливаться при цшслычзскоиз дофорздированяз. Если амплитудная деформация меньше деформации Баушшгера, то будет небЛЕщаться и омещанпе краш х И - о I

Проведено ноодедоваяпе. коштаниак на циклическое кручение трубчатых образцов из оталн ШП5 и латуни. Серия цнплвчсскогчо деформирования проведена при фиксированном значении амплитуд­ ной петеноввяооте деформации. На каждой ступени прямого п об­ ратного деформирования максишльннй сдвиг на поверхности составдял около 0,5$. Деформация, предшествовавшая первой разгрузке, составляла такае 0,5$. Интенсивность деформаций определяли хсаи суосду интенсивности деформаций; на всех предшествовавших ступе­ нях деформирования. Несмотря на то , что процесс пластического деформирования доведен до потери устойчивости, твердость, как и

наяряаенпе* достигнув определенного значения, остается постоянной» Вторая оеопя циклического кручения проведена при постоянном

амплитудном напряпепзи, равном напряжению перед разгрузкой. Доформация сдвига на поверхности ори атом па гащдой ступени дефор­ мировался несколько меньше, чем на предыдущей, твердость остает­ ся постоянной вплоть до потери устойчивости. Результаты, полу­ ченные при пластпческом деформировании о циклом растяявннв-сяв- тпо, а такие при циклическом кручении на оплошных образцах (рис, 25) подтвервдают, что в кроцеоое циклического деформирования твердооть оначала яеоколько возрастает, а затем остается поотоАшой. При доследующем нагружении в прямой направлении твер­ дость растет в экспериментальные точке ложатся достаточно близ­

ко к кривой		Н- <э 1	. Кривая	И - 21	оущеотвенно
отклоняется	от	тарнровочяой.

Проведенное исследование оо всей очевидностью подтверждает, что твердость связала единой зависимостью с максимальной за всю историю нагружения интеноивкоотью напряжений в , лишь о точно­ стью предположения о единой кривой точения, о интенсивностью де­ формаций* Определение интеноивнооти деформаций по твердости в общем одучае пластического деформирования, когда нагруженае зна­ чительно отличается от проотого, ковозможло.

О )

I I , МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛШОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШТЕНСИЕНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЬЮОРМАЦИЙ ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ ТВЕРДОСТИ

При определении напряжений и деформаций часто используют модели, но моделирование процессов пластического деформирования связано

с необходимостью совладения ряда условий. Прежде всего процессы деформирования модели и натуры должны опиоываться одними и те­ мн же дифференциальными уравнениями, должно иметь место геомет­ рическое подобие и подобие граничных условий. Проще всего удов­ летворить указанным уодовиям, измеряя твердость непосредственно на объекте исследования.

Если процесс моделируется, необходимо, возможно^, более близкое совпадение кривых течения материала модели и натуры. Материал модели должен быть достаточно однородным. При измерении макротвердооти указанному требованию удовлетворяют практически вое плаотичные металлы - стали, медь, алюминий, латунь. При измере­ нии микротвердости следует стремиться к тому, чтобы диагональ отпечатка для структурно неоднородного материала превосходила размеры отдельных структурных составляющих. В том случае, когда деталь состоит из резко отличающихся по своим свойствам мате­ риалов (например, спай меди и алюминия), необходимо располагать тарировочнами графиками каждого из материалов и знать границу, в пределах которой применим каждый из графиков.

Методика построения тарировочкых графиков изложена в § 1. Опыт исследования пластической деформации измерением твердости показывает, что наиболее целесообразными являются измерения микротвердости, твердости по пирамиде (по Виккерсу) и по Брпнеллю. При этом следует стремиться к возможно большей нагрузке на индентор, однако в пределах допускаемых градиентом деформа­ ций. Допустимы и не предусмотренные стандартом комбинации инденторов и нагрузок, а также выход за стандартные пределы изме­ рения, так как при исследовании пластической деформации твер­

дость играет роль промежуточного параметра, который сразу же ис­ ключается с помощью тарировочного графика.Однако условия измере­

ния твердости прй ’тарировке и исследовании изучаемого тела долж­ ны быть одинаковы. Прежде воего это относится к условиям подго­ товки для измерения твердости внутренних областей исследуемой детали. Слой материала, наклепанного при разрезке или сострагивании материала, необходимо удалить чистовым строганием или то­ чением, а в дальнейшем шлифовать или полировать испытываемую по-