Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов



определение кривых упрочнения металлов способом

внедрения 3-х конических инденторов


Коновалов Д. А., Смирнов С.В.

Екатеринбург, Наша родина


Кривая упрочнения является принципиальной чертой параметров металла. На ее базе можно отыскать механические свойства материала, дать оценку напряженно-деформированного состояния Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов при моделировании процесса производства деталей. Для определения кривой упрочнения в главном используют стандартные способы испытаний такие как растяжение, сжатие либо кручение образцов. Но, не всегда можно вырезать из конструкции часть Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов материала для производства образцов для испытаний. К примеру, это касается мостов, корпусов ракет, разных ферм и др. В данном случае нужно использовать неразрушающие способы проведения испытаний.

Многообещающим является способ, основанный на внедрении Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов в поверхность изделия конических инденторов [1, 2], который в отличии от традиционного определения числа твердости по отпечатку употребляет диаграмму вдавливания, представляющую зависимость усилия внедрения от глубины внедрения индентора . Эта зависимость отлично описывается законом Кика [3]

. (1)

Тут коэффициент Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов находится в зависимости от угла индентора и упругопластических параметров материала, в который вдавливается индентор, и фактически не находится в зависимости от глубины вдавливания. Из формулы 1 следует, что напряженно-деформированное состояние Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов при вдавливании конического индентора в упругопластическое полупространство обладает свойством подобия. Т.е. форма рассредотачивания напряженно-деформированного состояния в очаге деформации будет схожим для всех глубин вдавливания

От закона Кика можно перейти к Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов определению числа твердости по формуле

. (2)

Для большинства металлов с очевидно выраженным пределом текучести кривую упрочнения довольно точно можно аппроксимировать трехпараметрической степенной зависимостью

, (3)

где – предел текучести; – степень деформации сдвига; и – эмпирические коэффициенты.

Для разработки методики Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов определения характеристик кривой упрочнения по результатам индентирования коническими инденторами нужно выполнить компьютерное моделирование процесса вдавливания конического индентора в упруго-пластическое полупространство, проверить адекватность результатов моделирования по экспериментальным данным и получить нужный объем расчетных данных Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов для избранной совокупы значений характеристик кривой упрочнения. Моделирование вдавливания конического индентора в упругопластическое полупространство выполнили способом конечных частей при помощи компьютерной программки, разработанной в Институте машиноведения УрО РАН.

Из тестов на Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов осадку были получены настоящие кривые упрочнения для стали 08Х18Н10Т, Стали 3 и меди. Металлы прошли подобающую термообработку для выравнивания структуры, снятия наклепа. Результаты испытаний приведены на рис. 1. Кривые упрочнения после площадки текучести Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов аппроксимировали кубическим сплайном вида

, =1, 2, 3, (4)

.



1


2


3

Рис. 1. Кривые сопротивления деформации:

1 – сталь 08Х18Н10Т; 2 – Cталь 3; 3 – медь.


В программку задавались значения сплайна 4 и решалась осесимметричная задачка по внедрению конического индентора с углом конусности 94о, 120о и Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов 143о для 3-х металлов. Индентор представили полностью жестким телом. На поверхности среды, контактирующей с индентором, задали закон трения Прандтля-Ильюшина [4], который соединяет воединыжды законы трения Амонтона-Кулона и Зибеля. Коэффициенты трения Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов в последних задали соответственно равными 0,1 и 0,4. На рис. 2 показана начальная геометрия конечно-элементной сетки. Сетку задавали регулярную размерностью 70х70 ячеек и с переменным шагом.


Сетка конечно-элементного моделирования





Рис. 2


Д
hн,

мм
ля 3-х металлов была Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов проведена серия тестов по внедрению. Каждый индентор внедрялся трижды. Внедрение производилось таким макаром, чтоб зона пластической деформации не выходила за границы эталона. Аспектом проверки адекватности моделирования выступала кривая вдавливания Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов и профиль наплыва металла, образующегося в процессе индентирования. На рис. 3 для примера сплошными и пунктирными линиями приведены экспериментальные усредненные и расчетные диаграммы вдавливания для Стали 3. Из экспериментальных кривых по формуле 2 были определены числа твердости Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов для 3-х инденторов и разных металлов.

Геометрию наплыва в 2-ух взаимоперпендикулярных направлениях от центра лунки промеряли высокоточным оптическим профилометром WYKO NT1100. На рис. 4 для Стали 3 показаны экспериментальные усредненные профили буртиков (сплошные полосы) и Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов расчетные (пунктирные полосы) для инденторов 94о и 120о. Близость кривых вдавливания и профилей буртиков свидетельствует о довольно четких результатах компьютерного моделирования. Это позволяет перейти к решению оборотной задачки.




1


2


3

Р,

кН

h Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов, мм

2

1

3


4


r, мм


Рис. 4. Измеренные в опытах

(сплошные полосы) и рассчитанные

(пунктирные полосы) профили наплывов:

1, 2 – α = 94о, 3, 4 – α = 120о.




Рис. 3. Экспериментальные (сплошные

полосы) и расчетные (пунктирные полосы)

кривые вдавливания для Стали 3: 1 – α =

94о, 2 – α =120о, 3 – α =143о.


Для определения многофункциональной зависимости Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов твердости от характеристик кривой упрочнения способом конечных частей неоднократно решалась задачка по внедрению конического индентора в упруго-пластическую среду. При моделировании, характеристики металла задавались уравнением 3. Характеристики варьировались в спектре, приведенном в табл Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов. 1. При всем этом металлы делились на классы по значению модуля Юнга . Таким макаром, был насчитан массив данных значений твердостей по диаграмме вдавливания для сталей (Е = 210ГПа) и меди (Е = 110ГПа) для конических инденторов с Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов углом при верхушке 94о, 120о и 143о. В итоге анализа данных для 3-х разных углов индентора была получена система 3-х нелинейных уравнений вида


, = 1, 2, 3, (5)

где

; ;

,

в какой индекс определяет значения коэффициентов для соответственного угла конуса Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов.

Для различных классов материалов она имеет однообразный вид. Разница заключается в численных коэффициентах , которые будут иметь хорошие значения как для классов металлов, так и для разных инденторов. Таким макаром, получая из Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов опыта кривые вдавливания для 3-х инденторов, пересчитывая по ним твердости и подставляя эти значения в систему 5, можно найти кривую упрочнения металла, в который происходит внедрение.

На рис. 5 показаны экспериментальные и Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов приобретенные в согласовании с методикой кривые упрочнения для 3-х металлов. Кривые лежат довольно близко друг к другу на интервале до степени деформации = 0,8. Это разъясняется тем, что наибольшая средняя по очагу деформации под индентором величина Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов не превосходит данного значения. Таким макаром, разработанный способ можно использовать для определения кривых упрочнения металлов с очевидно выраженным пределом текучести для значений степени деформации до 0,8. В табл. 2 приведены экспериментальные значения предела текучести и Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов характеристик кривой упрочнения для 3-х металлов.



,

МПа

,

МПа






а б



Рис. 5. Экспериментальные (пунктирные

полосы) и аппроксимированные (сплошные

полосы) кривые упрочнения для Стали 3 (а),

стали 08Х18Н10Т (б) и меди (в).


,

МПа




в


Таблица 1

Спектр конфигурации Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов характеристик кривой упрочнения

Металлы

,

МПа

,

МПа









Стали

200

600

30

300

0,1

0,6

Медь

50

200

30

200

0,1

0,5



Таблица 2

Значения характеристик кривой упрочнения

Металлы

,

МПа

,

МПа





Сталь 3

243

253

102

0,22

Сталь

08Х18Н10Т

232

218

41

0,49

Медь

78

66

79

0,39



Работа выполнена при поддержке РФФИ-БРФФИ (проект 06-08-81032).


1. С. В. Смирнов, В. К. Смирнов, А. Н. Солошенко, В. П. Швейкин. Определение сопротивления деформации Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов по результатам внедрения конического индентора. Кузнечно-штамповочное создание. 2000, №8, с. 3 -6.

2. N. Ogasawara, N. Chiba, Xi Chen. Measuring the plastic properties of bulk

materials by single indentation test. Scripta Materialia. 2006, 54, р. 65–70.

3. С. А Определение кривых упрочнения металлов методом внедрения трех конических инденторов. Федосов, Л. Пешек. Определение механических параметров материалов микроиндентированием: Современные забугорные методики. М.: Физический факультет МГУ. 2004, с 100.

4. А. А. Ильюшин. Вопросы теории течения пластического вещества по поверхностям. ПММ. 1954, т.18, вып.3, с. 321-329.

opredelenie-kolichestva-vozduha-neobhodimogo-dlya-polnogo-sgoraniya-topliva.html
opredelenie-kommunikacii-obsheniya-sootnoshenie-etih-ponyatij.html
opredelenie-koncentracii-vrednih-veshestv-u-poverhnosti-zemli-na-razlichnih-rasstoyaniyah-ot-visotnogo-istochnika-vibrosov.html