Пристрій для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості до установки для механічних випробувань зразків матеріалів на одновісний розтяг

Реферат: Пристрій для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості до установки для механічних випробувань зразків матеріалів на одновісний розтяг містить корпус для розміщення зразків матеріалу, який виконаний у вигляді двох розташованих вертикально чотирикутних рамок, з'єднаних між собою з можливістю переміщення відносно одна одної. Верхні і нижні поперечки двох рамок забезпечені захватами, які призначені для кріплення, відповідно верхнього та нижнього тотожних зразків матеріалу і датчиків сили. Верхня поперечина верхньої рамки і нижня поперечина нижньої рамки призначені для кріплення в захватах випробувальної установки для механічних випробувань зразків матеріалу на одновісний розтяг. UA 112267 U (12) UA 112267 U UA 112267 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до випробувальної техніки, а саме до пристроїв для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості до установки для механічних випробувань зразків матеріалів на одновісний розтяг. Відомі пристрої для проведення випробування матеріалу за методом твердості, які являють собою переносні твердоміри [1]. Недоліком цих пристроїв є складність їх використання для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості. Це пов'язано із слабкою кореляційною залежністю поміж отриманими значеннями твердості і пошкоджуваністю матеріалу. Найбільш близьким аналогом за технічною суттю до пропонованого є пристрій для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості до установки для механічних випробувань зразків матеріалів на одновісний розтяг, який включає корпус для розміщення зразків матеріалу [2]. Застосування цього пристрою дозволило проводити випробування зразків матеріалів за методом твердості в процесі випробування на установці, що призначена для визначення стандартних механічних характеристик матеріалу. Проте застосування згаданого пристрою не дозволяє вирішити проблему визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за отриманими навіть дуже точними значеннями твердості матеріалу. Це пов'язане з тим, що при проведенні стандартних досліджень зразка на одновісний розтяг у відповідності до державного стандарту [3] навіть при рівноважному деформуванню практично неможливо зупинити руйнування зразка в момент старту мікротріщини, тобто в момент його руйнування, оскільки в зоні макроруйнування первісне злиття пор в макротріщини завжди відбувається за рахунок запасу пружної енергії у робочій частині зразка і в елементах системи навантаження установки, що і приводить до руйнування зразка з великою швидкістю. Це не дозволяє зафіксувати граничний стан матеріалу, який необхідний для визначення рівня граничної пошкоджуваності шляхом проведення випробування зразка на твердість [4]. У разі проведення випробування на одновісний розтяг двох зразків, послідовно закріплених у захватах випробувальної установки одночасно з руйнуванням одного із зразків, другий, не зруйнований зразок, буде знаходиться в не навантаженому (не напруженому) стані. Проте відомо, що у не навантаженому стані велика кількість пор, мікротріщин та інших дефектів типу несуцільностей закриті, що не дає можливості при оцінці рівня пошкоджуваності матеріалу при руйнуванні зразка врахувати більшість дефектів, що присутні в матеріалі, як технологічного характеру, так і набуті при напрацюванні, внаслідок накопичення пошкоджень різної природи. Ці приховані дефекти, становлять особливу небезпеку при подальшій експлуатації виробу тому, що їх присутність приводить до різкого збільшення рівня напружень. Під навантаженням ці скриті дефекти проявляються, мікротріщини, пори та інші пошкодження матеріалу розкриваються, а вимірювані значення твердості характеризують реальний стан матеріалу. Тому не зруйнований зразок необхідно повторно навантажити до рівня навантаження, при якому зруйнувався перший зразок і в цьому стані проводити вимірювання твердості. Проте, повторне навантаження призводить до підвищення міцності і зменшення пластичності внаслідок попереднього витягування за границю текучості, тобто до наклепу, при якому змінюються механічні якості матеріалу де виникають залишкові напруження. Якщо проводити випробування на одновісний розтяг двох зразків, що паралельно розташовані у захватах випробувальної установки, то при руйнуванні одного із зразків, другий, не зруйнований зразок, миттєво підпаде під подвійне навантаження і теж зруйнується. Для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості потрібно, щоб зразок був доведений до граничного стану за пошкоджуваністю, але не був зруйнованим і знаходився під навантаженням у граничному напруженому стані. Таким чином, відомі з патентної і науково-технічної літератури пристрої не забезпечують визначення рівня граничної пошкоджуваності матеріалу за значеннями твердості. У основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу створення такого пристрою, який би дозволив визначати граничний рівень накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості під час деформування зразка матеріалу на установці, яка призначена для стандартних механічних випробувань і завдяки цьому визначити залишковий ресурс матеріалу елемента конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості, містить корпус для розміщення зразків матеріалу, згідно з корисною моделлю, корпус виконаний у вигляді двох розташованих вертикально рамок, з'єднаних між собою з можливістю переміщення відносно одна одної, верхні і нижні поперечки двох рамок забезпечені захватами, які призначені для кріплення відповідно верхнього та нижнього ідентичних зразків матеріалу і датчиків сили, причому верхня 1 UA 112267 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 поперечина верхньої рамки і нижня поперечина нижньої рамки призначені для кріплення в захватах випробувальної установки для стандартних механічних випробувань матеріалу на одновісний розтяг. Таке виконання пристрою дозволяє у разі руйнування одного із зразків визначати рівень граничної пошкоджуваності матеріалу, завдяки подібності пошкоджуваності структури зруйнованого і незруйнованого зразків. Можливість моделювати стан структури матеріалу в робочій частині незруйнованого зразка досліджуваного матеріалу в умовах одновісного розтягу стан структури зруйнованого зразка дозволяє більш точно визначати рівень граничної пошкоджуваності матеріалу за методом твердості, що дозволить за визначеним поточним станом пошкоджуваності структури визначити залишковий ресурс матеріалу елемента конструкції. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється за допомогою схематичного креслення, де показано пристрій для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості, який виконаний з можливістю встановлення на установці, що призначена для стандартного випробування матеріалу. Пристрій для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості виконаний у вигляді двох розташованих вертикально рамок 1 і 2, з'єднаних між собою з можливістю переміщення відносно одна одної. Верхні 3 і 4 і нижні 5 і 6 поперечки двох рамок забезпечені захватами 7 і 8 та 9 і 10, які призначені для кріплення відповідно верхнього 11 та нижнього 12 ідентичних зразків матеріалу. Кожен із зразків з'єднаний з відповідним датчиком сили 13 чи 14. Верхня поперечина 3 верхньої рамки і нижня поперечина 6 нижньої рамки призначені для кріплення в захватах випробувальної установки. Пропонований пристрій працює наступним чином. З досліджуваного матеріалу виготовляються два ідентичних зразка для випробування. Зразки 11 і 12 закріплюються у відповідних захватах 7 і 8 та 9 і 10 пристрою поміж двох рамок 1 і 2. Верхню поперечину 3 верхньої рамки і нижню поперечину 4 нижньої рамки закріплюють в захватах стандартної випробувальної установки, за допомогою якої прикладають зусилля до пристрою, завдяки чому два зразка 11 і 12 матеріалу одночасно піддають випробуванням на одновісний розтяг. За допомогою датчиків сили 12 і 13 здійснюється контроль навантаження на зразки. При досягненні значення напруження, що дорівнює межі міцності матеріалу, один із зразків досягає граничного стану, втрачає здатність чинити опір прикладеному навантаженню і руйнується. В момент руйнування зразка напруження у ньому падає, про що відповідний датчик сили подасть сигнал, за яким припиниться ріст навантаження. В робочій зоні не зруйнованого зразка, який продовжує знаходитися під навантаженням, стан структури характеризує рівень граничної пошкоджуваності структури матеріалу оскільки цей стан подібний тому, що був досягнутий зруйнуванням зразком. Далі за допомогою переносного твердоміра проводять масові вимірювання твердості не зруйнованого зразка. За параметрами розсіяння вимірюваних значень твердості визначають коефіцієнти гомогенності m Вейбулла, за значенням яких визначається рівень пошкоджуваності структури досліджуваного матеріалу [4]. Таким чином, запропонований пристрій забезпечує визначення за методом твердості граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу, що досягається внаслідок накопичення пошкоджень під час експлуатації, за яким можливо виконати прогноз несучої здатності матеріалу елемента конструкції на установці, що призначена для стандартних механічних випробувань матеріалу. Джерела інформації: 1. Определение характеристик механических свойств металла оборудования атомных электростанций безобразцовыми методами по характеристикам твердости// Всероссийский научно- технический институт по эксплуатации атомных электростанций.- РД ЭО 0027-94. 2. Патент № 42162, МПК (2009) G01N 3/00, G01N 3/40. Україна. Пристрій для випробування матеріалу на твердість. Бюл. № 12, 2009. 3. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. - М: Изд-во стандартов.1990. 7 4. Патент № 52107А, МПК G01N 3/00, G01N 3/40. Україна. Спосіб оцінки деградації матеріалу внаслідок накопичення пошкоджень в процесі напрацювання. "LM- метод твердості ". Бюл. № 12, 2002. 2 UA 112267 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Пристрій для визначення граничного рівня накопичення пошкоджень матеріалу за методом твердості до установки для механічних випробувань зразків матеріалів на одновісний розтяг, який містить корпус для розміщення зразків матеріалу, який відрізняється тим, що корпус виконаний у вигляді двох розташованих вертикально чотирикутних рамок, з'єднаних між собою з можливістю переміщення відносно одна одної, верхні і нижні поперечки двох рамок забезпечені захватами, які призначені для кріплення, відповідно верхнього та нижнього тотожних зразків матеріалу і датчиків сили, а верхня поперечина верхньої рамки і нижня поперечина нижньої рамки призначені для кріплення в захватах випробувальної установки для механічних випробувань зразків матеріалу на одновісний розтяг. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3