Зразок для механічних випробувань за методикою “small punch test”

Реферат: Зразок для механічних випробувань за методикою містить форму диска товщиною t1,0 мм та діаметром D8,0 мм. Зразок доповнений концентратором напружень, виконаним у вигляді наскрізного осьового отвору діаметром d, що відповідає виразу d=(1,0-2,0)t. UA 85114 U (12) UA 85114 U UA 85114 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до засобів дослідження характеристик механічних властивостей металевих матеріалів непрямими методами, а саме до конструкції зразка для механічних випробувань за методикою "Small Punch Test" ("SP-test"). Суть методики "SP-test" полягає у безперервному продавлюванні сферичним індентором діаметром до 2,5 мм жорстко закріпленого за зовнішнім контуром мініатюрного дискового зразка товщиною t до 0,5 мм та діаметром D до 8 мм і реєстрації діаграми деформування в координатах навантаження на індентор (F) - глибина продавлювання (u). Окрім характеристик пружності та міцності при розтягуванні методика дозволяє визначати температуру в'язко-крихкого переходу та характеристики повзучості і тріщиностійкості матеріалів. Найбільш близьким до пропонованого зразка за кількістю суттєвих ознак є зразок для механічних випробувань за методикою "Small Punch Test", що має форму диска товщиною t1,0 мм та діаметром D8,0 мм [Zhao-Xi Wang, Hui-Ji Shi, Jian Lu at al. Small punch testing for assessing the fracture properties of the reactor vessel steel with different thicknesses. Nuclear Engineering and Design. 238 (2008) 3186-3193]. Недоліком згаданого зразка є невизначеність місцезнаходження осередків зародження руйнування та напрямку подальшого розповсюдження наскрізної магістральної тріщини. Це суттєво впливає на форму та кількісні показники параметрів діаграми деформування, що ускладнює подальшу математичну обробку діаграми і призводить до значного розсіяння результатів випробувань і зменшення достовірності отриманих даних. В зв'язку з цим до суцільних дискових зразків висуваються дуже жорсткі вимоги щодо форми, точності виготовлення та стану зовнішньої поверхні через необхідність використання високоточного і дорогого шліфувального та полірувального обладнання при виготовленні зразків. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого зразка для механічних випробувань за методикою "SP-test", який би дозволив отримувати більш достовірні результати за рахунок мінімізації впливу вищезгаданих факторів шляхом доповнення зразка концентратором напружень, який би дозволив заздалегідь визначити місце зародження осередку руйнування та напрямок розповсюдження магістральної тріщини. Поставлена задача вирішується тим, що як і відомий зразок для механічних випробувань за методикою "Small Punch Test", що має форму диска товщиною t1,0 мм та діаметром D8,0 мм, а відповідно до пропозиції, зразок доповнений концентратором напружень, виконаним у вигляді наскрізного осьового отвору діаметром d, що відповідає виразу d=(1,0-2,0)t. Особливістю пропонованого зразка є і те, що наскрізний осьовий отвір у зразку виконаний методом електроіскрової обробки. Авторами шляхом розрахунків чисельними методами та експериментально встановлено оптимальні геометричні параметри концентратора напружень - діаметр наскрізного осьового отвору у диску. Так, при d2,0t розмір концентратора може наближатись до значень, що спів ставні з діаметром сферичного індентора. Це в свою чергу призведе до докорінної зміни самої сутності випробувань за методикою "Small Punch Test". Електроіскрова обробка дозволяє отримати на поверхні металу, яка оточує наскрізний осьовий отвір у зразку незначний рівень залишкових напружень, рівень яких при використанні традиційного металорізального інструмента є досить високим, а тому суттєво впливає на точність отриманих результатів. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється кресленням. На кресленні зображений пропонований зразок для механічних випробувань за методикою "SP-test" має форму диска 1 диска товщиною t=1,0 мм та діаметром D=8,0 мм. В центрі диска 1 утворено концентратор напружень, виконаний у вигляді наскрізного осьового отвору 2 діаметром d=1,5t=1,5 мм. Пропонований зразок для механічних випробувань за методикою SP-test досліджують так. Виготовляли серію однакових зразків з одного металевого матеріалу. Кожний зразок серії з наскрізним осьовим отвором 2 встановлювали у спеціальний пристрій /не показано/, затискували помірним контрольованим завданим зусиллям і розміщували у циліндричному стакані. Зібраний вузол жорстко закріплювали на робочому столі дослідної установки. Потім до центральної ділянки зразка з наскрізним осьовим отвором 2 через кульку, яка мала діаметр набагато більший за діаметр отвору 2 та високу (більшу за HRC 60) твердість, прикладали навантаження штовхачем такої ж твердості, встановленим на рухомій траверсі установки. Як 1 UA 85114 U 5 10 така дослідна установка може бути використана відома установка UTM-20HT, описана в статті [Харченко В.В., Рудницкий Н.П., Каток О.А. и др. Установка для определения механических характеристик конструкционных материалов методом непрерывного индентирования // Надежность и долговечность машин и сооружений.-2007. - Вып. 27. - С. 140-147]. Кожний зразок серії випробували до його руйнування. В процесі випробувань кожного зразка записували діаграму зусилля - прогин. Завдяки осьовому наскрізному отвору 2 у центрі зразка вдалося досягти відтворюваності форми діаграми деформування та стабільності кількісних показників її параметрів. При цьому вдалося суттєво зменшити розсіяння результатів випробувань та підвищити достовірність механічних характеристик, отриманих за методикою SP-test за рахунок створення умов визначення місця зародження осередку руйнування та напрямку розповсюдження магістральної тріщини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 1. Зразок для механічних випробувань за методикою, що містить форму диска товщиною t1,0 мм та діаметром D8,0 мм, який відрізняється тим, що зразок доповнений концентратором напружень, виконаним у вигляді наскрізного осьового отвору діаметром d, що відповідає виразу d=(1,0-2,0)t. 2. Зразок за п. 1, який відрізняється тим, що наскрізний осьовий отвір у зразку виконаний методом електроіскрової обробки. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2