Спосіб визначення пластичних властивостей стрижневих різьбових кріпильних виробів

Реферат: Спосіб визначення пластичних властивостей стрижневих різьбових кріпильних виробів полягає в тому, що повнорозмірний зразок виробу у вигляді болта, гвинта або шпильки розтягують співвісним навантаженням, проводять реєстрацію значень деформації, за якими обчислюють значення характеристик і судять про пластичні властивості виробу. Крім цього, навантаження зразка здійснюють до максимального навантаження і переривають випробування після її досягнення з наступним розвантаженням зразка та фіксуванням значення його абсолютного залишкового подовження, а далі обчислюють відносне рівномірне подовження (р), при цьому як розрахункову ділянку з розміткою використовують безпосередньо різьбу виробу. UA 107565 U (12) UA 107565 U UA 107565 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до випробувань матеріалів, а саме до способів визначення пластичних властивостей стрижневих кріпильних виробів таких, як болти, гвинти і шпильки. Відомо спосіб визначення пластичних властивостей стрижневих кріпильних виробів (ДСТУ ISO 898-1: 2003. Механічні властивості кріпильних виробів, виготовлених з вуглецевої і легованої сталі. Частина 1. Болти, гвинти і шпильки), що включає виготовлення з повнорозмірного виробу, наприклад з болта, проточеного круглого гладкого зразка з гантелями на кінцях у вигляді вихідних елементів (головки і ділянки з різьбою), і його подальше випробування на розтяг. Для визначення пластичних властивостей на цьому зразку попередньо наносять розмітку початкової довжини і здійснюють замір початкового діаметра циліндричної ділянки. Після випробування (розриву) контролюють діаметр зразка в місці руйнування і кінцеву довжину зразка. За різницею значень початкових і кінцевих замірів діаметра і довжини зразка за відомими формулами обчислюють характеристики пластичних властивостей - відносне звуження (ψ) і відносне подовження (5). Однак даний спосіб має недолік, який полягає в тому, що при визначенні механічних властивостей одного кріпильного виробу, характеристики міцності і пластичності визначаються на двох різних і відмінних за типом зразках. Тобто випробування на розтяг повнорозмірних болтів проводять з метою визначення тільки межі міцності, а характеристики - умовну межу плинності, відносне подовження, відносне звуження визначаються при випробуванні на розтяг оброблених (обточених) болтів з циліндричною ділянкою та збереженням головки і частини різьблення зразків. Такий підхід вносить похибку і не відображає справжніх значень характеристик пластичності кріпильних виробів, визначальним фактором, яких служить напружений стан, обумовлений наявністю різьби (концентраторів напруги). Із зазначеної причини пластичні властивості, що визначаються за способом згідно з ДСТУ ISO 898-1: 2003, не відповідають реальним показникам пластичності повнорозмірних виробів. На цю обставину вказувалося раніше і зазначалося, що випробування оброблених (обточених) зразків спотворює істинні значення характеристик і може призводити до неправильного призначення класу міцності готової продукції (О правомерности определения механических свойств высокопрочных болтов путем испытания обработанных (обточенных) образцов /А.В. Ивченко, Ю.П. Гуль, М.Ю. Амбражей //"Крепёж, клеи, инструмент и …". - 2010. - № 4. - С. 6-10). Прототипом пропонованої корисної моделі, як найбільш близьким за своєю технічної суттю та результату, що досягається, є спосіб визначення пластичних властивостей різьбових кріпильних виробів по а.є. СРСР № 1511631 (МКІ G01N 3/28, опубліковано 30.09.1989 р, бюл. № 36), який полягає в тому, що маючий розрахункову ділянку зразок виробу у вигляді болта з гайкою розтягують до руйнування співвісними зусиллями, прикладеними до головки болта і гайки, і визначають відносне подовження розрахункової ділянки після розриву, за яким судять про пластичні властивості вироби, при цьому як розрахункову ділянку зразка використовують гладку і різьбову частини ділянки болта від його головки до найближчої до неї поверхні гайки і додатково визначають відносне подовження після розриву роздільно різьбової частини розрахункової ділянки, а про пластичні властивості судять з урахуванням співвідношення відносних подовжень різьбової частини і всієї розрахункової ділянки. Для підвищення точності вимірювання, на поверхні гладкої частини розрахункової ділянки наносять ділильну сітку. Запропонований спосіб (по прототипу) має ряд недоліків: 1) неможливість його застосування для визначення пластичних властивостей болтів або гвинтів, у яких різьба виконана під головку (відсутня ділянка з гладкою круглою поверхнею), а також шпильок з різьбою по всій довжині, у яких також немає гладкої круглої поверхні. 2) пропонується використовувати значення загального подовження як "характеристики схильності болтів до крихкого руйнування", що позбавлене взагалі підстави. Болти при статичному розтягуванні при кімнатній температурі навіть високих класів міцності, зміцнені по режимах гарт+відпуск 400-420 °C руйнуються в'язко. Тому потрібно визначати характеристики опору грузлому руйнуванню і такою дійсно може бути подовження, але тільки не загальне, а рівномірне (δp). 3. Однак, спосіб не дозволяє визначати цю важливу характеристику - відносне рівномірне подовження (p), яка повинна розглядатися, як характеристика опору макролокалізаціі пластичній деформації, так як після вичерпання рівномірного подовження з настанням макролокалізаціі пластичної деформації починається нестабільна стадія в'язкого руйнування, яка відбувається з падінням навантаження в автокаталітичному режимі, тобто з самоприскоренням. Таким чином на практиці значення p визначає інтервал можливих перевантажень при експлуатації, в якому виріб не втрачає механічної стійкості. Але саме значення p в прототипі не визначається. Тому спосіб по прототипу неможливо гарантовано використовувати для оцінки пластичних властивостей різьбових елементів різних видів і типорозмірів. 1 UA 107565 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Задача пропонованої корисної моделі є забезпечення можливості визначення характеристики відносного рівномірного подовження (p), а також підвищення точності і достовірності вимірювань залишкової пластичної деформації кріпильного виробу після впливу максимального розтягуючого осьового навантаження або в зоні руйнування після його розриву (при визначенні локалізованого відносного подовження - лок). Поставлена задача вирішується тим, що у пропонованому способі визначення пластичних властивостей стрижневих різьбових кріпильних виробів, здійснюють випробування повнорозмірного зразка виробу у вигляді болта, гвинта або шпильки співвісним розтягуванням, проводять реєстрацію значень деформації, за якими обчислюють значення характеристик і судять про пластичні властивості виробу, при цьому розтягнення зразка здійснюють до максимального навантаження і переривають випробування, після чого зразок розвантажують і фіксують значення його абсолютного залишкового подовження, а далі обчислюють відносне рівномірне подовження (δp). Для визначення значення залишкового подовження зразка як розрахункової ділянки з розміткою використовують безпосередньо різьбу виробу. При необхідності визначення локалізованого відносного подовження (лок.), зразок піддають повторному розтягненню до руйнування. Відмінними ознаками пропонованої корисної моделі є: - розтягнення зразка здійснюють до максимального навантаження і переривають випробування, після чого зразок розвантажують і фіксують значення його абсолютного залишкового подовження, а далі обчислюють відносне рівномірне подовження (p). Тобто для визначення відносного рівномірного подовження (p) зразок при розтягуванні не розривають; - як розрахункову ділянку з розміткою використовують безпосередньо різьбу виробу, що дозволяє визначити значення абсолютного залишкового подовження зразка після розтягнення до максимального навантаження; - при необхідності визначення локалізованого відносного подовження (лок), зразок піддають повторному розтягненню до руйнування. Технічним результатом пропонованої корисної моделі є підвищення точності вимірювання залишкової пластичної деформації кріпильного виробу після випробування, можливість визначення характеристики відносного рівномірного подовження (p), а також спрощення самого випробування. Досягнення зазначеного технічного результату забезпечується тим, що для визначення характеристики відносного рівномірного подовження (p) навантаження зразка ведуть тільки до максимального навантаження і переривають випробування, не проводячи розриву зразка. Переривання випробування може здійснюватися в автоматичному режимі при певному налаштуванні програми. Після розвантаження зразка, вимірюють його абсолютну залишкову деформацію, використовуючи точки на гребінцях різьби на відстані, рівній декільком витків (n кроків різьби). Для будь-якого кріпильного виробу, в початковому стані крок різьби має фіксоване стандартне значення, що дозволяє застосовувати різьбу як розмітку. Після розтягування зразка, зробивши вимір відстані по тих же точках, обчислюють значення характеристики p. Все перераховане сприяє підвищенню точності вимірювань та спрощенню проведення випробувань. Це виражається в тому, що виключається потреба проводити попередню розмітку зразка шляхом нанесення базових точок або ділильної сітки. Всі відмітні ознаки корисної моделі взаємопов'язані і сприяють досягненню поставленої задачі. Так, якщо розтягнення здійснюють до максимального навантаження і без розриву зразка, то після переривання випробування і після розвантаження випробувальної машини, легко визначається значення його абсолютного залишкового подовження, на підставі чого обчислюють відносне рівномірне подовження (p). У разі, якби здійснювався розрив зразка, то для обчислення p знадобилося б вимірювати залишкове подовження на ділянці зразка віддаленій від місця розриву на відстані не менше трьох-п'яти діаметрів зразка, що не вписується в лінійні розміри останнього. Використання як розрахункової ділянки безпосередньо різьби виробу, дозволяє визначити значення абсолютного залишкового подовження зразка після розтягнення до максимального навантаження без застосування попередньої розмітки шляхом нанесення яких-будь міток та іншого. У разі необхідності визначення локалізованого відносного подовження (лок), немає ніяких перешкод для повторного навантаження зразка до руйнування. Порівняльний аналіз пропонованої корисної моделі з прототипом дозволяє зробити висновок, що всі ознаки, які заявляються є відмінними. Аналіз патентної та науково-технічної інформації не виявив рішень, що мають аналогічну сукупність ознак, за якими досягався б подібний ефект - можливість випробування 2 UA 107565 U 5 10 15 20 25 30 повнорозмірних кріпильних різьбових виробів без розриву останніх з визначенням характеристики відносного рівномірного подовження (p). Приклад виконання запропонованого способу визначення пластичних властивостей стрижневих різьбових кріпильних виробів пояснюється кресленнями (фіг. 1-3) і результатами дослідного опробування. На фіг. 1 показана шпилька перед проведенням випробувань з вибраною базовою довжиною АБ, яка позначена, як l0 і становить 30 мм (20 кроків різьби). На фіг. 2 показана шпилька після розтягнення до максимального навантаження і розвантаження випробувальної машини із залишковою деформацією розрахункової (базової) довжини АБ, що позначена, як l1 і вимірюється на 20 витках. На фіг. 3 показана шпилька після повторного розтягування до руйнування із залишковою деформацією розрахункової (базової) довжини АБ, що позначена, як l2 і вимірюється на 20 витках. Випробування повнорозмірних зразків шпильок Μ10 × 1,5 мм довжиною 60 мм із сталі марок 20 і 20Г2 на розтяг проводили при кімнатній температурі на машині FP 100/1 (шкала 100 кН, швидкість навантаження - 1,0 мм/хв). У процесі випробування зразків шпильки на розтяг, проводили реєстрацію значень навантаження і деформації, за якими обчислювали значення характеристик міцності і пластичності, а так само записували діаграму розтягування в координатах напруга-деформація. Для отримання порівняльних даних проводили випробування шпильок, як за стандартною методикою (ДСТУ ISO 898-1: 2003) шляхом однократного навантаження до розриву (зразки 1 і 4), так і по пропонованому способу шляхом однократного навантаження без розриву (зразки 2 і 5), і двократного вантаження до розриву (зразки 3 і 6). Випробування по пропонованому способу здійснювали наступним чином: спочатку шпильки піддавали розтягуванню до максимального навантаження (Рmax), після чого фіксували його значення, а зразок розвантажували і на інструментальному мікроскопі заміряли значення абсолютного подовження (Δl1=l1-l0). Далі зразки 3 і 6 повторно піддавали розтягуванню до руйнування і повторно заміряли значення його абсолютного подовження з урахуванням місця розриву (Δl2=l2-l1). Потім по діаграмі обчислювали умовну межу плинності (σ0,2), по фіксованому значенню максимального навантаження (Рmax) тимчасовий опір (в), а за значеннями абсолютного подовження відносне рівномірне подовження p(l1-l0)/l0×100 %, локалізоване відносне подовження лок=(l2-l1)/l0×100 % і загальне відносне подовження заг=(l2-l0)/l0×100 %. Результати представлені в таблиці. Таблиця Механічні властивості шпильки зі сталі 20кп і 20Г2 № зразка Марка сталі 0,2, Н/мм 1* 2** 3*** 4* 5** 6*** 20 530 531 528 660 673 645 20Г2 2 в 2 Н/мм 620 622 621 832 845 815 p, % лок, % заг, % Клас міцності 3,8 3,7 5,0 5,2 4,4 3,1 8,1 8,3 6.8 6.8 6.8 8.8 8.8 8.8 *) - зразки 1 і 4 випробували за методикою ДСТУ ISO 898-1: 2003 шляхом однократного навантаження до розриву, яка не дозволяє визначати характеристики пластичних властивостей на повнорозмірних зразках шпильки; **) - зразки 2 і 5 випробовували за пропонованим способом шляхом однократного навантаження до Рmax і подальшого розвантаження без розриву, що дозволяє визначати тільки характеристику p; ***) - зразки 3 і 6 випробовували за пропонованим способом шляхом двократного навантаження до розриву, що дозволяє визначати характеристику p, а також лок і заг. 35 Представлені результати свідчать про те, що пропонований спосіб визначення пластичних властивостей стрижневих різьбових кріпильних виробів дозволяє визначати важливу характеристику пластичності - відносного рівномірного подовження (p), а також у разі необхідності і характеристику локалізованого відносного подовження (лок) безпосередньо на повнорозмірних зразках. 3 UA 107565 U 5 На підставі вищевикладеного, можливо зробити висновок, що запропонований спосіб визначення пластичних властивостей стрижневих різьбових кріпильних виробів працездатний і може бути застосований при здавальних, порівняльних або сертифікаційних випробуваннях, а також при оцінці пластичних властивостей нових видів кріпильної продукції в процесі розробки нових енергозберігаючих технологій їх виробництва. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1. Спосіб визначення пластичних властивостей стрижневих різьбових кріпильних виробів, який полягає в тому, що повнорозмірний зразок виробу у вигляді болта, гвинта або шпильки розтягують співвісним навантаженням, проводять реєстрацію значень деформації, за якими обчислюють значення характеристик і судять про пластичні властивості виробу, який відрізняється тим, що навантаження зразка здійснюють до максимального навантаження і переривають випробування після її досягнення з наступним розвантаженням зразка та фіксуванням значення його абсолютного залишкового подовження, а далі обчислюють відносне рівномірне подовження (р), при цьому як розрахункову ділянку з розміткою використовують безпосередньо різьбу виробу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для визначення локалізованого відносного подовження зразок піддають повторному навантаженню до руйнування. 4 UA 107565 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 5