Спосіб визначення характеристики відносного рівномірного звуження конструкційного титанового сплаву

Реферат: Винахід належить до галузі дослідження властивостей твердих матеріалів шляхом прикладання статичних навантажень. Спосіб визначення характеристики відносного рівномірного звуження конструкційного титанового сплаву включає операції розтягування стандартного гладкого циліндричного зразка повздовж однієї осі при різних температурах в інтервалі від 4 К до 293 К, визначення при цьому базових механічних характеристик та характеристики дійсного напруження руйнування S К , побудову експериментальної залежності SК / В  f (К ) , розрахунок значення інтенсивності напружень після експериментальної залежності К i руйнування зразка К , i додаткову побудову / В  f (К ) для конструкційних титанових сплавів з різними рівнями пластичності  К , розрахунок на її основі емпіричного коефіцієнта та визначення характеристики відносного рівномірного звуження  p . Запропонований спосіб дає можливість визначати характеристику відносного рівномірного звуження  p конструкційних титанових сплавів з різними рівнями пластичності в діапазоні від К  810% до К  1,0% за даними лише , основних механічних характеристик 0.2 ,  B та  К більш точно і інформативно. UA 103967 C2 (12) UA 103967 C2 UA 103967 C2 5 10 Винахід належить до галузі дослідження властивостей твердих матеріалів шляхом прикладання статичних навантажень в інтервалі температур випробувань гладких зразків від 4 К до 293 К, а саме до визначення характеристики відносного рівномірного звуження конструкційного титанового сплаву. Відомий спосіб визначення характеристик рівномірної деформації конструкційних металевих сплавів при випробуванні гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг, а саме істинної рівномірної деформації за відомою формулою [1]: ep  In (1  p ) ,  p - відносне рівномірне видовження зразка, в частках, де: звідки, враховуючи закон зберігання об'єму зразка в області рівномірної деформації, визначають характеристику відносного рівномірного звуження  p за формулою: 1 , в частках. 1  p Недоліками даного способу є: а) відсутність зв'язку характеристик рівномірної деформації з базовими механічними характеристиками металу, що унеможливлює їх визначення за відсутності безпосередньої реєстрації при розтягу; б) значні похибки у визначенні характеристик рівномірної деформації для металевих сплавів з високою пластичністю при безпосередній реєстрації діаграми розтягу без застосування тензометричного обладнання, фіксуючого деформацію в межах "робочої" довжини зразка, наприклад, при проведенні випробувань в інтервалах занижених та кріогенних температур, за рахунок значної деформації частин зразка, що не належать до його "робочої" довжини. Відомий також спосіб визначення характеристики відносного рівномірного звуження конструкційних металевих сплавів на основі заліза, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при температурі 293 К, визначення при цьому базових механічних характеристик та характеристики дійсного напруження руйнування SК , будують експериментальну залежність SК / В  f (К ) та визначають характеристики відносного рівномірного звуження  p за наступною формулою [2]: p  1  15 20 25  0.2 B , в частках, P  К  S К  0 .2  B B 1 30 де: К - відносне звуження після руйнування зразка, в частках;  0.2 - умовна границя текучості, МПа; B - границя міцності, МПа; SК - дійсне напруження руйнування, МПа; SК / В  1  a  К , де: a  14 - емпіричний коефіцієнт. , 35 40 45 Такий спосіб визначення характеристики відносного рівномірного звуження також має наступні недоліки: а) недостатню точність та інформативність для широкого кола металевих сплавів в інтервалі температур випробувань гладких зразків від 4 К до 293 К; б) відсутність залежностей для визначення характеристики відносного рівномірного звуження металевих сплавів з високою пластичністю, у яких величина характеристики відносного звуження після руйнування зразка К перевищує 70% та які мають іншу природу деформування. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, до способу, що заявляється, є спосіб визначення характеристики відносного рівномірного звуження конструкційного металевого сплаву, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг в інтервалі температур від 4 К до 293 К, визначення при цьому базових механічних характеристик та характеристики дійсного напруження руйнування SК , будують експериментальну залежність SК / В  f (К ) для конструкційних титанових сплавів, розраховують на її основі емпіричний коефіцієнт та визначають відносне рівномірне звуження  p за формулою [3]: 1 UA 103967 C2  0.2 B P  К  , в частках, S К  0 .2  B B 1 де: К - відносне звуження після руйнування зразка, в частках;  0.2 - умовна границя текучості, МПа; B - границя міцності, МПа; 5 10 15 20 25 SК - дійсне напруження руйнування, МПа; SК / В  1  a  К , де: a  0,934 - емпіричний коефіцієнт. Разом з тим, спосіб визначення характеристики відносного рівномірного звуження конструкційного титанового сплаву за прототипом має наступні недоліки: а) недостатню точність та інформативність щодо визначення характеристики відносного рівномірного звуження для широкого кола конструкційних титанових сплавів, у яких величина характеристики відносного звуження після руйнування зразка К перевищує 20%, в інтервалі температур випробувань гладких зразків від 4 К до 293 К; б) відсутність врахування явища локалізації деформації в "шийці" зразка при визначенні дійсного напруження руйнування SК . В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу визначення характеристики відносного рівномірного звуження конструкційного титанового сплаву тільки за показниками його базових механічних характеристик в широкому інтервалі температур випробувань гладких зразків від 4 К до 293 К та практично існуючому для титанових сплавів інтервалі рівнів , пластичності від К  81,0% до К  10% за відсутності її безпосередньої реєстрації при розтягу. Для цього авторами було отримано достатню кількість експериментальних даних та встановлено відповідну експериментальну залежність між характеристикою відносного рівномірного звуження  p та базовими механічними характеристиками сплаву, такими, як відносне звуження після руйнування зразка К , умовна границя текучості  0.2 та границя міцності B з метою знаходження емпіричного коефіцієнту, який властивий конструкційним титановим сплавам. Крім того, авторами враховано явище локалізації деформації в "шийці" зразка при розтягу, що обумовлює необхідність розглядати "шийку" як концентратор напружень, тому замість характеристики дійсного напруження руйнування SК , у запропонованому способі розраховують характеристику інтенсивності напружень після руйнування зразка К i та К i 30 35 / В  f ( К ) . Таким чином, запропонований спосіб дає додатково будують залежність можливість більш інформативно і точно визначати характеристику відносного рівномірного звуження конструкційних титанових сплавів з різними рівнями пластичності К за величинами базових механічних характеристик  0.2 , B та К , що, в свою чергу, дозволяє здійснювати комплексну оцінку їх властивостей, більш точно визначати показник деформаційного зміцнення п та проводити оцінку спроможності сплаву опиратись переходу в крихкий стан. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення характеристики відносного рівномірного видовження конструкційного титанового сплаву, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг в Інтервалі температур від 4 К до 293 К, визначення при цьому базових механічних характеристик та характеристики дійсного напруження руйнування SК , будують експериментальну залежність SК / В  f (К ) , згідно з винаходом, розраховують значення інтенсивності напружень після 40 К К руйнування зразка  i , додатково будують експериментальну залежність i / В  f ( К ) для конструкційного титанового сплаву з різними рівнями пластичності К , розраховують на її основі емпіричний коефіцієнт та визначають характеристику відносного рівномірного звуження  p за формулою: P  К  45 1   0.2 / B К i /  B   0. 2 /  B , в частках, де: К - відносне звуження після руйнування зразка, в частках;  0.2 - умовна границя текучості, МПа; 2 UA 103967 C2 B - границя міцності, МПа;  К - інтенсивність напружень після руйнування зразка, МПа; i К / В  1  a   К , де: a  0,684 - емпіричний коефіцієнт. i 15 К За рахунок визначення та побудови авторами експериментальної залежності i / В  f ( К ) для конструкційних титанових сплавів з різними рівнями пластичності К і розрахунку на її основі емпіричного коефіцієнта запропонований спосіб дозволяє більш інформативно і точно визначати характеристику відносного рівномірного звуження конструкційного титанового сплаву за відсутності її безпосередньої реєстрації при розтягу або уникнути значних похибок, які виникають за рахунок значної деформації частин зразка, що не належать до його "робочої" довжини, при безпосередній реєстрації діаграми розтягу у випадках, що унеможливлюють застосування тензометричного обладнання, фіксуючого деформацію в межах "робочої" довжини зразка. Неможливість застосування такого тензометричного обладнання виникає, наприклад, при проведенні випробувань в інтервалах занижених та кріогенних температур. При цьому автори використовують достатньо велику базу експериментальних даних механічних характеристик конструкційних сталей і сплавів з різними рівнями пластичності К та міцності 20  0.2 , отриманих за результатами випробувань в широкому інтервалі температур від 77 К до 293 К, а саме: значень відносного звуження після руйнування зразка К ; умовної границі текучості  0,2 ; границі міцності B та дійсного напруження руйнування SК . Це дозволило отримати достатню кількість даних для коректної статистичної обробки отриманих залежностей, що дає можливість визначати характеристику відносного рівномірного звуження  p конструкційного 5 10 25 30 35 титанового сплаву за даними лише базових механічних характеристик  0,2 , B та К з точністю, достатньою не тільки для інженерних розрахунків, але й наукових досліджень. Крім того, запропонований спосіб дає можливість здійснювати комплексний аналіз властивостей конструкційних титанових сплавів, у тому числі визначати характеристики крихкої міцності і механічної стабільності, тобто оцінювати спроможність цих сплавів чинити опір переходу у крихкий стан. Запропонований спосіб пояснюється таблицями та графіками, а саме: в таблиці 1 наведені значення базових механічних характеристик  0,2 , B та К деяких конструкційних титанових сплавів; результати розрахунку характеристики відносного рівномірного звуження  p та показника деформаційного зміцнення n, а також оцінка точності її визначення за запропонованим способом у порівнянні з експериментальними даними за діаграмою розтягу при температурі випробувань 293 К;  , % - відносна похибка; S , % вибірковий стандарт; P - вірогідність; в таблиці 2 наведені значення вибіркового стандарту S, величини довірчого інтервалу та К вірогідності Р для оцінки точності залежностей: SК / В  f (К ) та i / В  f ( К ) ; на фіг. 1 зображена схема для визначення характеристик  0,2 , B , SК , К та  p на діаграмі розтягу типового металевого сплаву; на фіг. 2 зображена експериментальна залежність SК / В  f (К ) для досліджених конструкційних титанових сплавів; 40 на фіг. 3 зображена експериментальна залежність конструкційних титанових сплавів. Спосіб реалізується наступним чином. З 45 50 метою побудови додаткової експериментальної К / В  f (  К ) i залежності для досліджених К / В  f (  К ) i для досліджених конструкційних титанових сплавів з різними рівнями пластичності К матеріали добирали за принципом максимально широкого охоплення різноманітних комбінацій властивостей міцності та пластичності, при цьому діапазон характеристик міцності складав: від 0,2  570 МПА до 0,2  1925 МПА , а діапазон характеристик пластичності складав 1,0%< К