Спосіб оцінки деградації матеріалу

1. Спосіб оцінки деградації матеріалу внаслідок накопичення пошкоджень в процесі напрацювання, що включає операції вимірювання фізикомеханічної характеристики матеріалу, визначення його деградації шляхом порівняння значень згаданої характеристики на різних стадіях напрацювання, який відрізняється тим, що визначення деградації матеріалу виконують шляхом порівняння параметрів розсіювання значень цієї фізикомеханічної характеристики - коефіцієнта гомогенності Вейбула, який розраховують за формулою Гумбеля. Пропонована корисна модель відноситься до способів дослідження матеріалів, зокрема до вимірювання характеристик фізико-механічних властивостей матеріалів при вивченні процесів руйнування на стадії накопичення розсіяних пошкоджень. Відомий спосіб оцінки деградації матеріалу внаслідок накопичення пошкоджень в процесі напрацювання, що містить в собі операції визначення механічних характеристик матеріалу, зокрема, границі текучості, твердості, модуля пружності та інших, металографії, виважування, та вимірювання фізичних характеристик матеріалу таких як швидкість проходження звуку, електричний опір, внутрішнє тертя та інші [Определение механических свойств металла без разрушения. М.: Металлургия. 1965. - С.147-156]. Застосування цього способу для оцінки пошкоджуваності матеріалу внаслідок деградації в процесі напрацювання може привести до великих похибок, оскільки зв'язок між абсолютними значеннями вимірюваних параметрів і характеристи 2. Спосіб оцінки деградації матеріалу за п.1, який відрізняється тим, що додатково на різних стадіях напрацювання експериментально визначають будь-яку іншу фізико-механічну характеристику матеріалу, а оцінку деградації матеріалу виконують шляхом порівняння параметрів розсіювання вимірюваних значень фізико-механічних характеристик матеріалу. 3. Спосіб за пп.1, 2, який відрізняється тим, що як параметр розсіювання значень фізико-механічних характеристик матеріалу разом з коефіцієнтом гомогенності Вейбула використовують коефіцієнт варіації, який розраховують за формулою: 1 Уг V = •= 1=1 Н де: Н - середнє значення логарифмів твердості за результатами п вимірювань, н, - значення твердості по і-му вимірюванні. ками структурного стану для широкого класу матеріалів неоднозначний і в деяких випадках суперечливий. Найбільш близьким до пропонованого за технічною суттю є спосіб оцінки деградації матеріалу внаслідок накопичення пошкоджень в процесі напрацювання, що містить в собі операції вимірювання фізико-механічної характеристики матеріалу, визначення його деградації шляхом порівняння значень згаданої характеристики на різних стадіях напрацювання [Марковец М.П. Определение механических свойств материалов по твердости. - М: Машиностроение, 1979. С.40-43]. Згаданий спосіб містить операції вимірювання твердості матеріалу елемента конструкції на окремих стадіях напрацювання і визначення за значеннями твердості ступеня пошкоджуваності матеріалу. Описаний спосіб є недостатньо інформативним, оскільки не для всіх матеріалів можливо визначити твердість, і не для всіх конструктивних CD 4406 елементів можливо за допомогою відомого способу провести оцінку деградації властивостей матеріалу, наприклад, для елементів, які мають велику кривизну поверхні, дуже важко провести коректне вимірювання твердості бо для цього поверхня повинна бути плоскою, чи для елементів з малою площею поверхні, що не дозволяє зробити необхідну для реалізації способу велику КІЛЬКІСТЬ вимірювань твердості Крім цього, проведення оцінки деградації матеріалу на основі тільки одних значень твердості, може привести у вище наведених випадках, та в інших випадках, коли важко коректно визначити характеристику твердості матеріалу, до помилкових висновків, і взагалі, проведення оцінки деградації матеріалу за однією характеристикою розподілу однієї виміряної механічної характеристики матеріалу значно звужує можливість одержання достовірної оцінки В основу пропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого способу оцінки деградації матеріалу внаслідок накопичення пошкоджень в процесі напрацювання, який би дозволив провести оцінку деградації матеріалу широкого класу матеріалів і конструктивних елементів та збільшити при цьому достовірність цієї оцінки Ця задача вирішується шляхом визначення накопичення пошкоджень в матеріалі за розсіюванням значень будь-якої характеристики фізико-механічних властивостей матеріалу, чи за сукупністю цих характеристик Вказаний технічний результат досягається завдяки пропонованому способу, який, як і відомий спосіб оцінки деградації матеріалу внаслідок накопичення пошкоджень в процесі напрацювання, містить в собі операції вимірювання фізикомеханічної характеристики матеріалу, визначення його деградації шляхом порівняння значень згаданої характеристики на різних стадіях напрацювання, а, ВІДПОВІДНО до пропозиції, визначення деградації матеріалу виконують шляхом порівняння параметрів розсіювання значень цієї фізико-механічної характеристики - коефіцієнта гомогенності Вейбула, який розраховують за формулою Гумбеля Особливістю пропонованого способу є і те, що додатково на різних стадіях напрацювання експериментально визначають будь-яку іншу фізико-механічну характеристики матеріалу, а оцінку деградації матеріалу виконують шляхом порівняння параметрів розсіювання вимірюваних значень фізико-механічних характеристик матеріалу Особливістю пропонованого способу є і те, що як параметр розсіювання значень фізикомеханічних характеристик матеріалу разом з коефіцієнтом гомогенності Вейбула використовують коефіцієнт варіації, який розраховують за формулою 1 V =•=• Н де Н - середнє значення логарифмів твердості за результатами п вимірювань, Н, - значення твердості по і-му вимірюванню Тобто, як параметр розсіювання значень фізико-механічної характеристики матеріалу сумісно з коефіцієнтом гомогенності Вейбула m використовують коефіцієнт варіації v (Смирнов Н В , Дунин-Барковский И В Курс теории вероятности и математической статистики (для технических приложений) // - М Наука, 1969, с 91), який розраховують за наведеною вище формулою Відомо, ЩО розсіювання вимірюваних характеристик фізико-механічних властивостей матеріалу, механічних - границі пропорційності, модуля нормальної пружності, границі текучості, границі МІЦНОСТІ, твердості, границі тривкості, ударної в'язкості, опору утоми та ІНШІ, І фізичних електричного опору, швидкості проходження звуку та ІНШІ, притаманне всім матеріалам, але ступінь розсіювання в значний мірі залежить від ступеню однорідності структури матеріалу і, ВІДПОВІДНО, від ступеню його пошкоджуваності Чим більше неоднорідність структури, тим більше розсіювання вимірюваних характеристик і параметрів Якщо прийняти до уваги статистичний характер вимірюваних величин, то про ступінь їх розсіювання можливо судити за величиною параметрів закону розподілу, який описує це розсіювання Зокрема, таким фізично обґрунтованим законом є розподіл Вейбула [Weibul I W А statistical distribution function of wide applicability // J of Appl Mechanics - v18 - N3 - p 293-297], a обробку результатів вимірювання значень фізико-механічних характеристик проводять за двома параметрами розсіювання коефіцієнтом гомогенності т, який розраховують за формулою Гумбеля [Гумбель 3 Статистика экстремальных значений М Мир 1965 - 450с] до складу якої входить параметр d n , який визначають в залежності від числа п вимірювань, і коефіцієнтом варіації v , який визначають по середньому значенню твердості Н Спеціально проведенні дослідження переконливо довели, що розсіювання вище означених фізико-механічних характеристик матеріалу добре корелюють з деградацією матеріалу при рості загальної деформації внаслідок накопичення пошкоджень в процесі експлуатації конструктивного елементу під робочим навантаженням Таким чином, зіставляючи розрахункові значення коефіцієнтів гомогенності Вейбула і коефіцієнта варіації для вимірюваних значень фізикомеханічних властивостей, а також зіставляючи їх поміж собою, можливо оцінити деградацію матеріалу Встановлено, що для деяких матеріалів, наприклад, чавунів, діапазон зміни коефіцієнта варіації при зростанні загальної деформації до граничних значень, ВІДПОВІДНИХ руйнуванню зразка, більш чим в три рази перевищує діапазон зміни коефіцієнта гомогенності, що свідчить про більшу чутливість коефіцієнта варіації до зростання пошкоджень в цьому класі матеріалів Оскільки ступінь розсіювання значень фізикомеханічних властивостей матеріалу залежить, в основному, від структурного стану, то про змінювання структурного стану, внаслідок випадкового перевантаження чи за рахунок старіння під робочим навантаженням в заданих умовах роботи, 4406 тобто про його деградацію, можна судити за розсіюванням характеристик його фізико-механічних властивостей При цьому, при діагностуванні стану матеріалу в процесі напрацювання використовують декілька фізико-механічних характеристик матеріалу, що суттєво збільшує достовірність проведення оцінки Великим значенням коефіцієнта гомогенності, чи навпаки, низьким значенням коефіцієнта варіації, відповідає низький рівень розсіяння фізико-механічних характеристик і, ВІДПОВІДНО, кра ща організація структури, низький рівень пошкоджуваності Суть процесів, які проходять в ВІДПОВІДНОСТІ з операціями запропонованого способу і їх ПОСЛІДОВНІСТЬ полягають у наступному Матеріал елемента конструкції, яка підлягає діагностиці на деградацію в процесі напрацювання чи на визначення міри пошкоджуваності після короткочасного перенавантаження, піддають випробуванню і визначають велику КІЛЬКІСТЬ разів (не менше 15) будь-яку фізико-механічну властивість матеріалу чи декілька фізико-механічних властивостей матеріалу, в початковому стані і після напрацювання Далі визначають параметри розсіяння вимірюваних значень фізико-механічної властивості та їх середні значення також в початковому стані і після напрацювання, за якими розраховують коефіцієнт гомогенності Вейбула за методикою Гумбеля і коефіцієнт варіації, і шляхом їх порівняння в початковому стані і після напрацювання, а також шляхом їх зіставлення поміж собою, проводять оцінку деградації матеріалу в процесі напрацювання Пропонований спосіб дозволить провести оцінку деградації матеріалу конструктивних елементів внаслідок накопичення пошкоджень в процесі напрацювання і підвищити при цьому достовірність оцінки за рахунок можливості використати для проведення цієї оцінки параметрів розсіювання будь-якої фізико-механічної характеристики матеріалу, завдяки її кореляції з параметрами, яки характеризують стан структури Описаний вище спосіб може бути використаний також при дослідженні пошкоджень у зв'язку з випадковим короткочасним перевантаженням конструктивного елемента, що є моделлю деградації матеріалу Приклад Оцінку ступеню пошкоджуваності матеріалу проводили шляхом визначення механічних характеристик алюмінієвого сплаву марки В=95 при деформування короткочасним навантаженням на одновісний розтяг 28-ми зразків за стандартною методикою у стані поставки, тобто у початковому стані, і після деформування до 1% Таке деформування є моделлю процесу деградації матеріалу При випробуваннях визначали Комп ютерна верстка М Клюкін такі фізико-механічні характеристики матеріалу як твердість згідно з ГОСТ 2999-75 "Металлы и сплавы Метод измерения твердости по Виккерсу", границю МІЦНОСТІ і відносне подовження матеріалу за результатами механічних випробувань на одновісний розтяг згідно з ГОСТ 11701-84 "Металлы Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент" Результати обробки вимірюваних значень фізико-механічних характеристик досліджуваного матеріалу кожного зразка показали суттєву зміну значення коефіцієнтів гомогенності та варіації, що характеризують ступінь однорідності матеріалу Так коефіцієнти гомогенності і варіації для твердості змінювалися на 3%, для границі МІЦНОСТІ на 15%, а для віднос ного подовження на 10% Таким чином, видно, що оцінку ступеню пошкоджуваності матеріалу В95 за розсіюванням характеристики твердості проводити недоцільно із-за її слабкої чутливості до пошкоджуваності матеріла Більш показовими є розсіяння характеристик границі МІЦНОСТІ І ВІДНОСНОГО подовження, незважаючи на те, що аб солютні значення твердості, границі МІЦНОСТІ та відносного подовження добре корелюються поміж собою Тому для цих матеріалів найбільш доцільно проводити оцінку їх деградації по сукупності значень розсіювання характеристик фізикомеханічних властивостей Крім цього визначена лінійна кореляція між співвідношенням m/v та деформацією розпушення матеріалу, що є додатковою характеристикою при ОЦІНЦІ деградації матеріалу Аналогічні результати, що свідчать про більш високу чутливість до напрацювання характеристик розсіяння фізико-механічних характеристик, ніж середні значення їх абсолютних величин, отримані на зразках сталі марки СтЗ, 40Х і 20ХНЗА Таким чином, описані вище результати показують, що визначенні фізико-механічні властивості матеріалу самі по собі є слабочуттєвими до трансформації структури в процесі напрацювання, тобто до змін пошкоджуваності матеріалу Більш показними параметрами стосовно інформативності і вірогідності є характеристики розсіяння абсолютних значень фізико-механічних властивостей, обсяг даних про які отримано в однакових умовах вимірювань Отримані дані підтверджують, що такими характеристиками, які знаходяться за результатами масових випробувань, можуть бути коефіцієнт гомогенності Вейбула, що визначається методом, запропонованим Гумбелем, і коефіцієнт варіації Таким чином, даний спосіб дозволяє збільшити обсяг інформації про стан структури матеріалу і підвищити достовірність оцінки деградації матеріалу внаслідок накопичення пошкоджень Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності вул Урицького 45 м Київ МСП 03680 Україна ДП Український інститут промислової власності вул Глазунова, 1 м К и ї в - 4 2 01601