Определение границ применимости динамического метода измерения твердости переносными твердомерами ударного действия

• Автор: Шуваев, Валерий Александрович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

1. Методы определения твердости
1.1 Статические и динамические методы измерения твердости
1.2 Переносные твердомеры ударного действия. Конструкция и 17 принцип работы.
2. Конечно-элементное моделирование взаимодействия бойка твердо- 34 мера и оболочки при ударе.
2.1 Построение конечно-элементных моделей, описывающих взаимо- 34 действие бойка твердомера и ударяемого тела.
2.2 Численное исследование процесса удара бойка твердомера об обо- 49 лочку.
2.3. Определение твердости тонкостенных оболочек
3. Анализ влияния на показания твердомера параметров бойка 73 и характеристик контролируемого изделия.
3.1 Исследование влияния жесткости бойка, его начальной скорости и 73 массы на величину условной твердости.
3.2 Влияние неоднородности свойств металла по толщине контроли- 86 руемого изделия на показания твердомера.
3.3 Измерение твердости в напряженных деталях
3.4 Влияние размеров и массы детали на показания твердомера
Выводы
Список литературы

В процессе изготовления металлических конструкций различного назначения и их эксплуатации важное значение имеет достоверная оценка твердости и механических свойств металла. Указанные характеристики являются основными для проведения расчетов на прочность и оценки качества металла как в исходном состоянии, так и после определенной наработки, которая может привести к их существенному изменению.
В настоящее время методы контроля и диагностики механических свойств материалов, основанные на измерении твердости, являются наиболее простыми и доступными. Главное достоинство метода твердости заключается в возможности оперативной оценки механических характеристик металла готовых изделий, конструкций, деталей не выводя их из строя и не вырезая из них образцов.
В связи с этим данный метод применяется практически во всех отраслях промышленности для контроля качества изделий в процессе производства и эксплуатации. При этом представляется очевидным, что эта операция должна сопровождать всю цепочку ее применения, включая входной контроль, контроль стабильности технологических процессов при изготовлении оборудования, оценку качества готовой продукции, диагностирование оборудования в процессе его эксплуатации для определения его остаточного ресурса, при ремонте оборудования и др.

1. Методы определения твердости.
1.1 Статические и динамические методы измерения твердости.
Истории становления и развития методов измерения твердости, насчитывающей несколько веков, посвящены подробные обзоры и целые монографии [1-4,6-8]. Исторический обзор становления методов измерения твердости приведен в работах [1,7]. Способы и технические средства измерения твердости, а также связь твердости с другими характеристиками механических свойств материалов с давних пор привлекали внимание многих исследо-вателей-теоретиков и практиков. Так еще М.В. Ломоносов отмечал, что твердые тела отличаются степенью твердости, а твердость назвал важным сравнительным свойством материалов. Он впервые связал твердость с внутренними силами взаимодействия между частицами тела, а предложенный им оригинальный способ измерения твердости стал основой абразивных методов испытаний материалов. Д.И. Менделеев разработал маятниковый способ измерения твердости и создал для этих целей специальные приборы.
Реомюром в первой половине XVIII века были проведены первые систематические испытания на твердость царапанием, позволившие Моосу разработать шкалу твердости минералов, широко используемую для их идентификации и сравнения. Однако только на рубеже XIX и XX веков после опубликования работ И. Бринелля, в которых был изложен новый способ испытаний металла вдавливанием шара, метод твердости получил признание как способ определения механических характеристик материалов.
Качественно новый этап в развитии метода твердости начался в конце XX века. В это время уже бьшо установлено и практически подтверждено, что метод твердости может быть более информативным и эффективным методом механических испытаний материалов, если он сопровождается регистрацией диаграмм вдавливания индентора в процессе развития упругопластической деформации [8, 11-13]. Такими диаграммами, например, являются диаграммы вдавливания индентора, полученные при непрерывном измерении текущих значений нагрузки и геометрических параметров (величины перемещения индентора) восстановлочки. Для сплошного шара значение НЬ несколько ниже, чем для пластины - приблизительно на 2-3%.
В области толщины от э = 10 мм и ниже происходит расслаивание кривых НЬ - 5 для оболочек различных радиусов Я, причем для оболочки с относительно высокой жесткостью (Я = 25мм) с уменьшением 5 величина НЬ резко возрастает, а для оболочки с низкой жесткостью (Я = 250 мм) сначала в области толщины до 5 мм значения НЬ уменьшаются, а при дальнейшем уменьшении толщины стенки увеличиваются, однако при этом они остаются существенно ниже, чем для оболочек с высокой жесткостью.

100 о
Рисунок 2.19.- Изменение условной твердости в зависимости от толщины стенки оболочки при ат = 200 МПа: I - т = 1,55г; II- ш = 6,1 г; 1,4 - Я = 25 мм; 2,5 - Я = 65 мм; 3,6 - Я = 250 мм; г - шар (4,5,6 - т =1,55г; 1 - т = 6,1г); р-пластина (6 - т = 1,55г; 1-т= 6,1 г).

0 5 10 15 20 Б, ММ Г Р