Спосіб визначення показників рівномірної деформації конструкційних металевих сплавів

Спосіб визначення показників рівномірної деформації конструкційних металевих сплавів, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при температурах від 4 K до 293 K, визначення при цьому основних механічних характеристик, побуSK дову експериментальної залежності  K , B який відрізняється тим, що для титанових сплавів додатково будують експериментальну залежність SK  K , розраховують на основі експериментаSB льних залежностей емпіричні коефіцієнти і визначають відносне рівномірне звуження  p та відно Винахід належить до галузі дослідження властивостей твердих матеріалів шляхом прикладання статичних навантажень в інтервалі температур випробувань гладких зразків від 4 K до 293 K, а саме, до визначення показників рівномірної деформації конструкційних титанових сплавів. Відомий спосіб визначення показників рівномірної деформації конструкційних металевих сплавів при випробуванні гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг, а саме істинної рівномірної деформації за відомою формулою [1]: ep  ln(1  p ), SK - істинне напруження руйнування; для конструкційних титанових сплавів: SK  1  0,934  K ; B де р - відносне рівномірне видовження зразка. Недоліком даного способу є відсутність зв'язку показників рівномірної деформації ер та р з іншими основними механічними характеристиками металу, що унеможливлює їх визначення за відсутності безпосередньої реєстрації при розтягуванні. (19) UA (11) SK  1  0,788  K . SB (13) B - границя міцності; SB - істинне напруження на границі міцності; 97226 де:  K - відносне звуження після руйнування зразка; 0,2 - умовна границя текучості; C2 сне рівномірне видовження зразка  p за формулами:  0,2  0,2 1 1 B B P  K   K  ,  0,2 SK  0,2  1  0,934   K  B B B SK p  1, B .(1  0,788  K ) 3 Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, до способу, що заявляється, є спосіб визначення показників рівномірної деформації конструкційних металевих сплавів на основі заліза, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при температурах від 4 K до 293 K, визначення при цьому основних механічних характеристик сплаву та побудову експериментаS льної залежності K  K , після чого визначають B показник відносного рівномірного звуження  p за наступною формулою [2]:  0,2 1 B B P  K   K  ,  0,2 S K  0 .2  1  14  K  , B B B 1  0,2 де:  K - відносне звуження після руйнування зразка; 0,2 - умовна границя текучості; B - границя міцності; SK - істинне напруження руйнування; SK  1  1 4  K - для конструкційних сплавів , B на основі заліза, а показник відносного рівномірного видовження зразка за залежністю: 1 p  1. 1  p Разом з тим, спосіб визначення показників рівномірної деформації конструкційних металевих сплавів за прототипом має наступний недолік недостатню точність щодо визначення показників рівномірної деформації для конструкційних титанових сплавів, які мають іншу природу деформування при одновісному розтягуванні. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу визначення показників рівномірної деформації конструкційних титанових сплавів за відсутності їх безпосередньої реєстрації при розтягуванні шляхом встановлення авторами відповідних експериментальних залежностей між показниками рівномірної деформації та основними механічними характеристиками сплаву, такими як відносне звуження після руйнування зразка  K , умовна границя текучості 0,2 , границя міцності B , істинне напруження на границі міцності SB та істинне напруження руйнування SK, з метою знаходження емпіричних коефіцієнтів у формулах, які притаманні тільки конструкційним титановим сплавам. Винахід дає можливість більш інформативно і точно визначати показники рівномірної деформації конструкційних титанових сплавів, що, в свою чергу, дозволяє здійснювати комплексну оцінку їх властивостей та оцінювати спроможність опиратись крихкому руйнуванню. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення показників рівномірної 97226 4 деформації конструкційних металевих сплавів, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при температурах від 4 K до 293 K, визначення при цьому основних механічних характеристик, побуSK дову експериментальної залежності  K , B згідно з винаходом, для титанових сплавів додатково будують експериментальну залежність SK  K , розраховують на основі експериментаSB льних залежностей емпіричні коефіцієнти і визначають відносне рівномірне звуження  p та відносне рівномірне видовження зразка p за формулами:  0,2 1 B B P  K   K  ,  0,2 S K  0 .2  1  0,934   K  B B B 1  0,2 SK 1 B .(1  0,788  K ) де:  K - відносне звуження після руйнування зразка; 0,2 - умовна границя текучості; p  B - границя міцності; SB - істинне напруження на границі міцності; SK - істинне напруження руйнування; для конструкційних титанових сплавів: SK S  1  0,934   K ; K  1  0,788   K . B SB За рахунок отримання авторами експерименS S тальних залежностей K  K та K  K і розB SB рахунку на їх основі емпіричних коефіцієнтів, притаманних конструкційним титановим сплавам, запропонований спосіб дозволяє більш інформативно і точно визначати показники рівномірної деформації конструкційного титанового сплаву за відсутності їх безпосередньої реєстрації при розтягуванні. При цьому використовують експериментальні значення основних механічних характеристик сплаву, а саме: відносного звуження після руйнування зразка  K ; умовної границі текучості 0,2 ; границі міцності B ; істинного напруження на границі міцності SB та істинного напруження руйнування SK. Крім того, у запропонованому способі для визначення показника відносного рівномірного видовження зразка  p використовують та SK  K , отриману авторами для SB конструкційних титанових сплавів вперше, яка дає можливість розраховувати цей показник з достатньою не тільки для інженерних розрахунків, але й наукових досліджень, точністю та здійснювати комплексний аналіз їх властивостей, у тому числі кож залежність 5 визначати характеристики крихкої міцності і механічної стабільності, тобто оцінювати спроможність конструкційного титанового сплаву чинити опір крихкому руйнуванню. Запропонований спосіб пояснюється таблицею та графіками, а саме: в таблиці наведені значення основних механічних характеристик 0,2 , B , SB, SK,  K деяких конструкційних титанових сплавів; результати розрахунку показників рівномірної деформації  p ,  p та оцінка точності визначення  p за запропонованим способом; на фіг. 1 зображена експериментальна залежSK ність  K для досліджених конструкційних B титанових сплавів; на фіг. 2 зображена експериментальна залежSK ність  K для досліджених конструкційних SB титанових сплавів. Спосіб реалізується наступним чином. З метою побудови експериментальних залежS S ностей K  K та K  K матеріали для досB SB ліджень добирали за принципом максимально широкого охоплення різноманітних комбінацій властивостей міцності та пластичності конструкційних титанових сплавів, при цьому діапазон характеристик міцності складав: від 0,2 = 570 МПа до 0,2 =1925 МПа, а діапазон характеристик пластичності складав 2,2 %   K  62,2 %. Крім цього, за об'єкти досліджень вибирали титанові сплави, які використовують у кріогенній техніці. Змінювали також різні режими термічної обробки, а в деяких випадках температуру випробувань в інтервалі від 4 K до 293 K. Всього в цих дослідженнях використовували результати випробувань стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний статичний розтяг більш ніж 150-ти видів конструкційних титанових сплавів. Проводять розтягування повздовж однієї осі стандартних гладких циліндричних зразків та визначають основні механічні характеристики сплаву при різних температурах випробувань в інтервалі 4 K < Твип < 293 K, такі як:  K - відносне звуження після руйнування зразка; 0,2 - умовна границя текучості; B - границя міцності; SB - істинне напруження на границі міцності; SK - істинне напруження руйнування. на основі експериментальних даних будують S S залежності K  K та K  K та визначають B SB емпіричні коефіцієнти А і В, властиві конструкційним титановим сплавам: SK  A  B  K , (1) B де А=1; В =0,934 (фіг. 1); 97226 6 SK  A  B  K , (2) SB де А=1; В =0,788 (фіг. 2). Для визначення відносного рівномірного звуження р використовують відому формулу [2]:  0,2 1 B P  K  , S K  0,2  B B підставляючи в неї залежність (1). Таким чином, для конструкційних титанових сплавів, маємо:  0,2 1 B P  K  , (3)  0,2 1  0,934   K  B для визначення відносного рівномірного видовження зразка р використовують відому залежність [2]: 1 p  1, (4) 1  K підставляючи в неї отриману залежність (3), властиву для конструкційних титанових сплавів. Згідно з формулою (4) можна розрахувати значення відносного рівномірного видовження зразка р з точністю, достатньою для інженерних розрахунків (див. таблицю). З метою підвищення точності розрахунків відносного рівномірного видовження зразка р до рівня, достатнього для наукових досліджень, використовують отриману залежність (2). Враховуючи відому залежність [3] для визначення істинного . напруження на границі міцності SB = B (1+р) та (2), остаточно маємо: SK p  1. (5) B .(1  0,788  K ) Результати розрахунків показників рівномірної деформації для деяких конструкційних титанових сплавів, а саме відносного рівномірного звуження р за формулою (3) та відносного рівномірного видовження зразка р за формулами (4) і (5), наведені в таблиці. Отже, за допомогою запропонованого способу, можна визначати показники рівномірної деформації конструкційних титанових сплавів більш інформативно і точно. При цьому, відносне рівномірне видовження зразка р за формулою (4) визначають з точністю, при якій середня квадратична похибка ( = 0,017), що достатньо для інженерних розрахунків, а для наукових досліджень - більш точно за формулою (5) з точністю, при якій середня квадратична похибка ( = 0,005), що дає можливість здійснювати комплексний аналіз властивостей конструкційного титанового сплаву та оцінювати його спроможність опиратись крихкому руйнуванню. 7 97226 8 Таблиця № Титановий п/п сплав 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 Тi-6А1-4V Обробка 3 1260 °C, 4 год. . -1 20 K с , 780 °C + . -1 Beta-21S 2 K хв. ,520 °C, 8 год. . -1 20 K с , Beta-21S 815 °C+520 °C, 8 год. -1 20 K с , Beta21S- 815 °C+500 °C, 8 год. Порошковий Ti-6A1-4V спечений при 1350 °C Порошковий Ti-6A1-4V спечений при 1350 °C Тi-6А1Ковка 1000 °C 4V+1,55B Тi-6А1литий 4V+1,55B . -1 10 K с до Ti-3Al820 °C+300 °C, 4,5Fe-7,2Cr 90 хв. + 450 °C, 6,5 год. . -1 10 K с до Ti-3Al840 °C+300 °C, 4,5Fe90 хв. + 450 °C, 7,2Cr 6,5 год. Ti-3Al780 °C, 30 хв. 4,5Fe-7,2Cr . -1 20 K с , Timetal815 °C+520 °C, 8 LCB год. Порошковий спечений при Ti-6A1-4V температурі 1250 °C 14 AT2 15 BT5-1kt Твип., 0,2 , B , розр. експ р    K р . розр. (3) розр. (4) р р K МПа МПа (5) 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 293 924 995 0,310 0,058 0,063 0,067 +0,009 0,061 -0,006 293 1585 1616 0,275 0,027 0,020 0,020 -0,007 0,028 +0,001 293 1370 1442 0,439 0,045 0,049 0,052 +0,007 0,042 -0,003 293 1345 1429 0,259 0,039 0,052 0,055 +0,016 0,036 -0,003 293 907 1034 0,388 0,099 0,101 0,112 +0,013 0,105 +0,003 293 928 1006 0,232 0,056 0,063 0,067 +0,011 0,059 +0,003 293 1053 1140 0,136 0,032 0,052 0,055 +0,023 0,027 -0,005 293 1260 1334 0,086 0,019 0,036 0,037 +0,018 0,016 -0,003 293 1448 1679 0,101 0,036 0,061 0,065 +0,029 0,030 -0,006 293 1444 1586 0,079 0,017 0,044 0,046 +0,029 0,022 +0,005 293 1470 1499 0,051 0,008 0,015 0,015 +0,007 0,013 +0,005 293 1382 1550 0,176 0,041 0,072 0,077 +0,036 0,051 +0,010 293 0,062 0,066 +0,008 0,051 -0,007 0,118 0,088 0,132 0,068 0,057 0,049 0,134 0,097 0,128 0,072 0,060 0,051 0,017 +0,014 -0,001 +0,010 +0,013 +0,012 +0,011 941 1027 0,186 0,058 293 570 200 700 Стан постачання 77 940 4 1180 77 1230 Стан постачання 4 1365 = 660 775 1077 1272 1325 1460 0,662 0,600 0,670 0,531 0,216 0,161 0,120 0,098 0,118 0,059 0,048 0,040 0,118 0,098 0,112 0,053 0,042 0,033 0,005 -0,002 0 -0,006 -0,006 -0,006 -0,007 Примітка:  - абсолютне відхилення значення рівномірного видовження зразка розр. , розрахованого за формур експ лами (4) та (5), по відношенню до його експериментального значення р . ; - середня квадратична похибка розрахунків розр. за формулами (4) та (5) відповідно. р Джерела інформації: 1. Науковий твір "Метод расчетного определения хрупкой прочности сплавов на основе железа", автори: Мешков Ю.Я., Котречко CO., Шиян А.В., Стеценко Н.М. Свідоцтво про реєстрацію авторського права № 35533 від 02.11.2010 /Україна/. Опубл. бюл. № 23, с. 4. 9 2. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. - М.: Машиностроение, 1985, с. 12-19. 3. Мешков Ю.Я., Котречко С.А., Шиян А.В., Стеценко Н.Н. Физические основы методики опре Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 97226 10 деления хрупкой прочности и механической стабильности сплавов на основе железа при комнатной температуре // Металлофизика и новейшие технологии, 2011, т. 33, № 4, с. 1001-1017. Підписне Тираж 23 прим. 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