Спосіб визначення напружень в поверхневому шарі металевого виробу і пристрій для його реалізації

Винахід відноситься до вимірювання механічних напружень шляхом вимірювання омічного опору твердих матеріалів і може бути використаний для дослідження надійності конструкцій із двох багатофазних матеріалів в лабораторних умовах. Відомий спосіб для визначення напружень в поверхневому шарі металевого виробу, згідно якого в вільному від напружень еталонному зразку, з того ж матеріалу, що і металевий виріб, визначають термоелектрорушійну силу (ТЕРС), яка виникає при контакті нагрітого термозонду з поверхнею зразка, створюють напружений стан і ступенево змінюючи його, кожен раз вимірюють значення ТЕРС, за якими будують градуйовану залежність величини ТЕРС від величини напружень в еталонному зразку - еталонну градуйовану залежність, з її значеннями співставляють величину ТЕРС, що виникає при контакті термозонду з поверхнею металевого виробу і за результатами співставлення визначають величину напружень в поверхневому шарі металевого виробу. (Патент 30516А Україна, МПК G01L1/20, H01L35/28, 35/30, 35/32. Спосіб визначення напружень в поверхневому шарі металевого виробу і пристрій для його реалізації: Пат. 30516А Україна, МПК G01L /20, Н01L35/28, 35/30, 35/32/ Палаш В. М., Юськів В. М., Дзюбик А. Р. (Україна); Заявлено 19.05.98; Опубліковано 15.11.2000, Бюлетень №6-ІІ 3с.). Однак відомий спосіб не дозволяє точно вимірювати напруження в мікрооб'ємі матеріалу, оскільки виміряне значення ТЕРС характеризує напружений стан, усереднений для даного і сусідніх мікрооб'ємів. Відомий пристрій для визначення напружень в поверхневому шарі металевого виробу, що містить послідовно з'єднані гальванометр та термозонд з під'єднаними паралельно до нього джерелом нагрівання, реостатом, амперметром і вимикачем та вільний від напружень еталонний зразок, виготовлений з того ж матеріалу, що і металевий виріб. (Патент 30516А Україна, МПК G01L1/20, H01L35/28, 35/30, 35/32. Спосіб визначення напружень в поверхневому шарі металевого виробу і пристрій для його реалізації: Пат. 30516А Україна, МПК G01L1/20, Н01L35/28, 35/30, 35/32 Палаш В. М., Юськів В. М., Дзюбик А. Р. (Україна); Заявлено 19.05.98; Опубліковано 15.11.2000, Бюлетень №6-ІІ - 3с.). Однак цей прилад не дає змоги диференційно реєструвати покази гальванометра в процесі вимірювань і визначати напруження в мікрооб'ємах оскільки він фіксує значення ТЕРС в момент часу, що виходить за межі періоду поширення температурного поля в межах досліджуваного мікрооб'єму. В основу винаходу поставлено завдання створити спосіб і пристрій для визначення напружень в поверхневому шарі металевого виробу, в яких нова послідовність дій і нове конструктивне виконання дозволили би диференційно реєструвати покази гальванометра в процесі вимірювання, визначати ТЕРС в момент часу, коли поширення температурного поля ще не вийшло за межі досліджуваного мікрооб'єму і отримане значення ТЕРС не є усередненим, а описує напруження саме в досліджуваному мікрооб'ємі, та підвищити точність вимірювання. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі визначення напружень в поверхневому шарі металевого виробу, згідно якого в вільному від напружень еталонному зразку з того ж матеріалу, що і металевий виріб, визначають ТЕРС, яка виникає при контакті нагрітого термозонду з поверхнею зразка, створюють напружений стан і ступенево змінюючи його, кожен раз вимірюють значення ТЕРС, за якими будують градуйовану залежність величини ТЕРС від величини напружень в еталонному зразку - еталонну градуйовану залежність, з її значеннями співставляють величину ТЕРС, що виникає при контакті термозонду з поверхнею металевого виробу і за результатами співставлення визначають величину напружень в поверхневому шарі металевого виробу, згідно з винаходом, додатково диференційно вимірюють значення ТЕРС в часі для кожного значення напружень в еталонному зразку, за якими будують множину градуйованих залежностей величини ТЕРС від часу, а еталонну градуйовану залежність величини ТЕРС від величини напружень будують за значеннями ТЕРС в момент часу, що лежить в межах періоду поширення температурного поля в досліджуваному мікрооб'ємі. Це дозволяє вимірювати не усереднені, а властиві для досліджуваного мікрооб'єму значення ТЕРС і визначати відповідні їм напруження. Поставлене завдання вирішується також тим, що пристрій для визначення напружень у поверхневому шарі металевого виробу, що містить послідовно з'єднані гальванометр та термозонд з під'єднаними паралельно до нього джерелом нагрівання, реостатом, амперметром і вимикачем та вільний від напружень еталонний зразок, виготовлений з того ж матеріалу, що і металевий виріб, згідно винаходу, додатково оснащений реєструючим блоком, послідовно з'єднаним із гальванометром та термозондом, а поверхня еталонного зразка виконана як мікрошліф. Все це разом дозволяє диференційно реєструвати значення ТЕРС в процесі вимірювання, проводити вимірювання на окремих мікрооб'ємах матеріалу, дає можливість визначати величину ТЕРС в момент часу, що лежить в межах періоду поширення температурного поля в досліджуваному мікрооб'ємі та підвищити точність вимірювання. На фігурі схематично зображено пристрій для визначення напружень в поверхневому шарі металевого виробу. Він містить термозонд - 1, послідовно з'єднаний з гальванометром - 2 і реєструючим блоком - 3, з під'єднаними паралельно до нього джерелом нагрівання - 4, амперметром - 5, реостатом - 6, вимикачем - 7, та вільний від напружень еталонний зразок - 8 і досліджуваний виріб - 9. Пристрій працює таким чином. Вмикаємо вимикачем 7 джерело нагрівання 4. За час приєднання другої клеми гальванометра 2 до поверхневого шару металевого виробу 9, відбувається розігрів термозонду 1. Термозонд 1 вводимо в контакт з поверхнею виробу 9 і реєструємо значення ТЕРС в момент часу, що лежить в межах періоду поширення температурного поля в досліджуваному мікрооб'ємі і визначаємо відповідні напруження. Спосіб визначення напружень в поверхневому шарі металевого виробу здійснюють так: вмикають джерело нагрівання 4 вимикачем 7, за час приєднання другої клеми гальванометра 2 до еталонного зразка 8, та досліджуваного виробу 9, розігрівають термозонд 1, та контролюють стабільність нагріву за показами амперметра 5, змінюючи величину струму з допомогою реостату 6. Створюють контакт між термозондом 1 і еталонним зразком 8, і за допомогою реєструючого блоку 3 диференційно вимірюють значення ТЕРС в часі. Після цього створюють напружений стан в еталонному зразку 8, і після його контакту з термозондом 1, знову диференційно вимірюють значення ТЕРС в часі для кожного значення напружень. Змінюючи напружений стан в еталонному зразку 8 в межах пружної і пружно-пластичної області повторюють ці операції і будують множину градуйованих залежностей величини ТЕРС від часу для кожного значення напружень в еталонному зразку 8. Після цього будують еталонну градуйовану залежність величини ТЕРС від величини напружень за значеннями ТЕРС в момент часу, що лежить в межах періоду поширення температурного поля в досліджуваному мікрооб'ємі. Для прикладу період поширення температурного поля в мікрооб'ємі вуглецевих сталей може складати від 1 до 6 секунд. Вводять термозонд 1 в контакт з досліджуваним мікрооб'ємом металевого виробу 9, диференційно вимірюють значення ТЕРС в часі. Співставляють одержане значення ТЕРС в момент часу, що лежить в межах періоду поширення температурного поля в досліджуваному мікрооб'ємі з еталонною градуйованою залежністю і визначають величину напружень в мікрооб'ємі поверхневого шару металевого виробу 9.