Учебное пособие 1209
.pdfli
Продольный
|
тензометр |
|
0 |
|
|
l |
|
|
Bi |
B0 |
|
litrans |
Поперечный |
|
l0 |
||
тензометр |
||
|
Рис. 1.34
Если измерения поперечной деформации проводили по изменению ширины образца, litrans в формуле (1.18) заменяется соответственно на Bi.
Результаты испытаний заносят в протокол, структура которого приведена в табл. 1.6.
40
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.6 |
||
|
|
|
Протокол испытаний по определению модуля Юнга и коэффициента Пуассона |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Ф.И.О. испытателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Материал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Состояние |
|
|
|
Полуфабрикат |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
№ образца |
|
|
Напр. прокатке |
|
|
|
Место разрыва |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Площадь |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Ширина,мм |
|
|
|
|
|
|
Толщина,мм |
|
|
|
|
|
|
|
F0,мм2 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Испыт.машина |
|
|
|
База тензометра l0 = |
20.0 мм |
; Цена деления |
c = 0.001 мм |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Усилия и удлинения в упругой зоне |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
№ |
1 |
|
|
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
|
5 |
|
6 |
|
|
7 |
|
|
|
8 |
|
9 |
10 |
|
|
||||
41 |
|
Продольный тензометр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
P, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
li,мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
li |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поперечный тензометр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
li,мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
li |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параллельно с традиционным методом определения упругих характеристик материала выполняется эксперимент по их определению с помощью электронных датчиков перемещений и усилия.
Для этого на образце устанавливают цифровые датчики перемещений типа МТ10 в продольном и поперечном направлениях к оси образца. В процессе нагружения в упругой области записывается текстовый файл показаний датчиков.
Обработку результатов испытаний целесообразно проводить в Excel по формулам (1.17), (1.18).
Полученные двумя способами значения сравнивают по точности, вычисляя относительные погрешности определения этих характеристик вторым способом как наименее трудоемким.
1.7. Лабораторная работа № 6 Построение диаграммы рекристаллизации и определение
критической деформации недопустимого роста зерна
Цель работы. Определение предельной деформации заготовки, при превышении которой возникают недопустимое разрыхление поверхности листа в результате последующей термообработки.
1.7.1. Теоретическая справка
Поверхностная структура некоторых термоупрочняемых материалов меняется в зависимости от предшествующего деформирования и термической обработки. Поэтому во время многопереходной обтяжки с промежуточной термообработкой деталей из таких материалов на поверхности листа возникают дефекты типа «апельсиновой корки». Физическая природа «апельсиновой корки» состоит в недопустимом росте зерна на
42
поверхности листа в результате рекристаллизации в процессе термообработки [7].
Величина зерна X зависит также от предшествующей деформации, скорости деформирования, режимов термообработки, химического состава сплава и некоторых других факторов. Наибольшая деформация в листе, после которой в процессе термообработки размеры зерна не превышают заданного значения, называется критической деформацией кр (рис. 1.35).
X
kp |
(1) |
|
Рис. 1.35
1.7.2. Испытания
Для построения диаграммы первичной рекристаллизации партию из 8 образцов на одноосное растяжение (рис. 1.1), ориентированных вдоль прокатки, термообрабатывают по режиму, характерному для обтяжки деталей из этого материала на первом переходе. Например, для алюминиевых сплавов 2024 и 7075 это состояние после отжига. Образцы растягивают до различных деформаций, измеряемых на базе
80 мм, в диапазоне (1)=(0.1 0.8)Аg, где (1)=ln(l(1)/l0); l(1),l0-
43
расчетная длина после первого перехода и до испытания соответственно. Во время растяжения скорость деформирования должна быть равна максимальной скорости при обтяжке (около 0,01 с-1).
После этого образцы термообрабатывают по режиму промежуточной термообработки. В центре расчетной длины образца делают микрошлиф (можно 2-3 шлифа) и протравливают в течение 20-30 сек. Для алюминиевых сплавов используют травитель, состоящий из 80 мл воды, 10 мл HF, 5 мл HNO3, 5 мл HCl. Затем травитель смывают, высушивают шлиф и измеряют под металлографическим микроскопом размеры зерна. Измеряют длину 10 зерен вдоль оси образца, а затем вычисляют среднее арифметическое.
Измерения проводят 3-5 раз в различных местах шлифа и
вычисляют осредненное значение зерна X . Повторяя
измерения на всех образцах, получают зависимость X =f( ) и строят диаграмму рекристаллизации. Обычно для
алюминиевых сплавов допускаемый размер зерна [ X ], по которому определяют критическую деформацию, принимают
равным от 0.100 до 0.200 мм. Если [ X ] не задается, кр определяют как деформацию начала интенсивного роста зерна.
Результаты испытаний каждого образца партии оформляют в виде протокола, структура которого показана в табл. 1.7.
44
Таблица 1.7
Протокол испытания на зерно после промежуточной термообработки (ПТО)
|
Ф.И.О. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Материал |
|
|
|
|
|
|
Исх.состояние |
|
|
|
|
Полуфабрикат |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
№ образца |
|
|
|
Напр.прокатки |
|
|
|
|
|
Скр.деформир. |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Место разрыва |
|
|
|
|
ПТО |
|
|
Исп.машина |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Попереч. |
сечение после |
|
|
Расчетная длина на стадиях растяжения, мм |
|
||||||||||||||||||||||
45 |
ПТО,мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ширина |
Толщина |
|
Площадь |
Начальная |
После |
1-го |
|
|
После ПТО |
|
После |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перехода |
|
|
|
|
|
|
разрыва |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер зерна вдоль оси после ПТО, мм*10-3 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
№ измер. |
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
Сумма |
|
Среднее |
|
|||||||
|
Зерно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.8. Лабораторная работа № 7 Определение коэффициента влияния промежуточной
термообработки
Цель работы. Определение коэффициента влияния промежуточной термообработки на восстановление ресурса пластичности материала заготовки.
1.8.1. Теоретическая справка
Исходная предельная деформация * материала заготовки в определенном состоянии на втором переходе (*2) после
промежуточной термообработки уменьшается в зависимости от деформации первого перехода (1) по следующему закону:
(*2) |
* (1) , |
(1.19) |
где - коэффициент влияния промежуточной термообработки, зависящий как от вида промежуточной термообработки, так и марки материала [4]. Он изменяется от 0 при полной релаксации (восстановлении пластических свойств)
деформации первого перехода до 1, если термообработка не проводится [8].
В общем случае i-го перехода имеем:
|
i 1 |
i 1 |
|
(*i) |
* |
( j) (k ) , |
(1.20) |
|
j 1 |
k j |
|
где * - предельная деформация исходно недеформированного материала, термообработанного по режиму промежуточной термообработки, предшествующей i-му переходу; (j) - приращение деформации заготовки на j-м переходе; (k) - коэффициент влияния термообработки, следующей за k-м переходом.
46
1.8.2. Испытания
Коэффициент влияния термообработки определяют по следующей методике. Партию из 10 образцов на одноосное растяжение (рис. 1.1), ориентированных вдоль прокатки, термообрабатывают по режиму промежуточной термообработки.
Например, для алюминиевых сплавов Д16 и В95 это состояние после отжига. Образцы растягивают до различных деформаций, измеряемых на базе l0= 80 мм.
Три образца на первом переходе не растягивают ( (1) =0),
остальные растягивают до различных деформаций: 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6 и 0.7 от равномерной деформации Аg материала в состоянии, соответствующем состоянию на первом переходе.
Скорость деформирования должна соответствовать приблизительно 0.002 0.008 с-1.
Измеряют расчетную длину образца после первого этапа растяжения l(1). Образцы термообрабатывают по режиму промежуточной термообработки и растягивают повторно до разрушения.
Поскольку у некоторых сплавов (например, Д16) во время термообработки происходят структурные превращения и изменяются размеры, повторно измеряют расчетную длину образца l0(2) перед началом второго растяжения.
По диаграмме растяжения (рис. 1.4) по формуле (1.3), в которой l0=l0(2), определяют равномерную деформацию Ag(2) по методике, описанной в разделе 1.1. Эта деформация будет равна предельной деформации устойчивости (*2) на втором
переходе (1.19). Деформацию первого перехода определяют, как и в предыдущей лабораторной работе № 5.
47
Коэффициент для данного типа промежуточной термообработки вычисляют по методу наименьших квадратов из (1.19):
|
n |
|
n |
n |
|
|
|
n ( (1)i (*2)i ) (1)i (*2)i |
|
|
|||
|
i 1 |
|
i 1 |
i 1 |
; |
(1.21) |
|
n |
n |
|
|||
|
n ( (1)i )2 ( (*1)i )2 |
|
|
|||
|
|
i 1 |
i 1 |
|
|
|
где n – число испытаний.
Результаты испытаний оформляют в виде протокола, структура которого показана в табл. 1.8.
48
Таблица 1.8
Коэффициент влияния промежуточной термообработки (ПТО)
|
|
Ф.И.О. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Материал |
|
|
|
Исх.состояние |
|
|
|
Полуфабрикат |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
№ образца |
|
|
Напр. прокатки |
|
|
|
Место разрыва |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходное зерно |
|
|
|
|
|
ПТО |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Расчетная длина на этапах, мм : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
49 |
|
Начальная |
|
После 1-го перехода |
|
После ПТО |
|
|
|
После разрыва |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Поперечное сечение после ПТО, мм |
|
|
После разрыва, Н, мм |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
Ширина |
Толщина |
|
Размеры баз |
|
Максимальн |
|
Абсцисса |
Базовые |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ая сила |
|
остаточн. |
размеры |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
удлин. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|