Исследование напряженно-деформированного состояния стали на разрывной машине

Навигация

Исследование с помощью неразрушающего рентгеновского кристалл-дифракционного анализатора (НеРКА) напряженно-деформированного состояния стального образца при растяжении на разрывной машине INSTRON

Цель работы:

Измерение при помощи анализатора НеРКА механических напряжений на поверхности стального образца при приложении к образцу известных растягивающих усилий и сравнение измеренных значений с расчетными.

Рис.1. Установка стального образца на разрывную машину

Исследование:

В качестве образца использовалась заранее отожженная (для снятия остаточных напряжений использовался метод термической обработки с последующей выдержкой) стальная полоса (Ст3) с сечением 30х9 мм.

Рис.2. Размеры образца испытаний

После установки образца на разрывную машину, к образцу прикладывалась растягивающая нагрузка с шагом ~10 кН (~1020 кгс). Было произведено 11 серий измерений при различных напряжениях, значения которых представлены в таблице 1.

Таблица 1

Нагрузка, ННапряжение INSTRON, кг/кв.ммПоложение пика 90(син), pixПоложение пика 50(кр), pixШирина пика 90(син), pixШирина пика 50(кр), pixНапряжение НеРКА, кг/кв.ммРазница напряжений INSTRON НеРКА, кг/кв.мм
11000,042878,222899,58102,6992,080,09-0,05
299703,772866,302900,83108,8293,903,20,57
3199007,522847,172909,2494,8588,009,7-2,18
42983011,272837,882911,3097,4389,4612,441,17
53975015,022825,742913,9594,0890,5015,95-0,93
64966018,772815,592920,0197,8987,4519,8-1,03
75955022,512803,522924,0695,9391,1923,63-1,12
86940026,232789,532922,1492,3690,2826,5-0,27
97924029,952776,752928,2292,7288,7930,97-1,02
108900033,642663,872943,15147,7141,0461-27,36
11500,022757,632905,33132,66132,6830,07-30,05

Рис.3. Таблица измеренных механических напряжений

Механические деформации кристаллического вещества разделяются на упругие, когда материал способен вернуться в исходное состояние, и пластичное. При упругой деформации зависимость между механическим напряжением и деформацией имеет линейный характер. После достижения предела упругости пластичная деформация характеризуется нелинейной зависимостью. В процессе измерений 1 — 9 четко прослеживается линейная зависимость измеренных механических напряжений (Таблица 2), что и характеризует упругую деформацию. В 10 измерении виден резкий скачок напряжения, а также резкое увеличение ширины дифракционных пиков, что свидетельствует о переходе исследуемого материла в область пластической деформации. Последнее, 11 измерение проводилось после снятия растягивающего усилия с материала. Измерение характеризуется увеличенной шириной дифракционных пиков и ненулевым значением остаточного напряжения.

Сравнивая измерения 10, 11 с предыдущими измерениями можно утверждать, что на поверхности образца появилось структурно-напряжённое состояние (напряжения 2-го рода).

Таблица 2

Рис.3. График измеренных механических напряжений

После пластических нагрузок, деформация с образца не исчезла (Рис. 4). Образец удлинился на 7 мм.

Рис.4. Сверху образец, который не подвергался растягивающим усилиям на разрывной машине, снизу образец после испытаний

Вывод:

Сравнивая показания механических напряжений неразрушающего рентгеновского кристалл-дифракционного анализатора НеРКА и разрывной машины INSTRON (см. таб. 1), можно отметить, что в пределах упругой деформации средняя погрешность не превышает 1 кг/кв.мм.

Измеренные значения напряжений имеют линейную зависимость от растяжения образца, что и характеризует упругую деформацию материала. По изменению ширины дифракционных пиков можно судить о типе деформации, а именно произошли структурные изменения металла на поверхности образца за счёт перехода из зоны упругости в зону пластичности. Таким образом, с помощью анализатор НеРКА можно измерять упругую деформацию первого рода за счёт смещения дифракционных пиков, и судить о наличии деформации второго рода за счёт изменения ширин дифракционных пиков.

Подпишитесь на новости компании