Релаксационная стойкость напряжений в металлах и сплавах (стр. 8 из 17)
Рисунок 5 – Кинематическая схема машины 5ИМ для испытаний на релаксацию
Датчик фотоэлемента питается стабилизированным напряжением. Изменения тока фотоэлемента переносятся на ламповый мостик, который в свою очередь при разбалансировке передает соответствующий сигнал реле и блок контактам системы управления нагрузкой, действующей на образец.
Нагружение образца до заданной начальной деформации происходит с помощью измерительного микроскопа.
Для высокотемпературных испытаний на релаксацию в вакууме были приспособлены машины типа ПВ-152 и ПВ-3012 для испытаний на длительную прочность.
Указанные машины имеют вакуумную камеру для радиационного нагрева образцов вольфрамовыми стержневыми нагревателями до температуры 2000°С. Нагружающее устройство рычажное (передаточное отношение 1:60). Постоянная температура поддерживается стабилизацией напряжения с помощью специальных блоков регулирования, не допускающих колебаний температуры во время испытания не более ±2°С.
Машины снабжены устройством для автоматического перемещения верхнего захвата со скоростью 2 мм/мин во время нагрева и охлаждения образца без нарушения вакуумной плотности системы.
1— тяга нижняя; 2— упругий элемент; 3— тяга верхняя; 4— упор; 5— указатель положения подъемного винта; 6— захват нижний, 7— образец; 8— захват верхний; 5— шарнир специальный; 10— переходник; 11—электропечь; 12— тяга нижнего захвата; 13— винт подъемный; 14— сильфон; 15— редуктор; 16— рукоятка ручного перемещения винта; 17— диафрагма; 18— электродвигатель; 19—электронный потенциометр; 20— тензометрический мост
Рисунок 6 – Кинематическая схема машины ПВ-152М для испытаний на релаксацию
Видоизменение кинематической схемы машин ПВ-152М и ПВ-3012 для проведение испытаний на релаксацию состояло в демонтаже Системы нагружения, установке упругого элемента с тензодатчиками и жестком прикреплении цепочки с упругим элементом к станине.
Образец 1 (рисунок 6) закреплен в верхнем 2 и нижнем 3 захватах из молибденового сплава и может свободно расширяться при нагреве. Верхний захват через переходник 4 связан с опорным шарниром 5, а нижний — тягой 6 через упругий элемент 7 с корпусом машины. Тяга уплотнена с помощью резиновой диафрагмы. Нагружение образца производится автоматически путем подъема корпуса печи от электродвигателя 8 или вручную рукояткой 9 через редуктор 10.
Тензодатчики сопротивлением 100 Ом с базой 15 мм были изготовлены из константана и имели коэффициент тензочувствительности 2—2,2. Температурная компенсация (для исключения влияния колебаний температуры помещения) достигалась включением в симметричные плечи моста 11 константановых сопротивлений. Питание моста осуществлялось постоянным током 4—8 В от батарей. Рабочий ток составлял 15—90 МА в зависимости от диапазона тарировки.
Тарировку упругого элемента до 2000 Н (200 кг) производили методом непосредственного нагружения грузом определенной массы, при этом устанавливали зависимости показаний электронного потенциометра 12 (ЭПП-09) от величины нагрузки. Тарировку тензодатчика на 5000 и 10 000 Н (500 и 1000 кг) производили по образцовому динамометру, встроенному в цепочку нагружения. Цепочку с протарированным упругим элементом собирали таким образом, чтобы при откачке камеры не было подъема нижней тяги 13 под действием атмосферного давления; возникающее усилие воспринималось упругим элементом и электронный потенциометр фиксировал величину вакуумного груза.
Испытание на релаксацию осуществляется следующим образом. После достижения заданной температуры и установления силы тока заданной величины включаются электромеханический привод подъема печи 14 (скорость подъема 2 мм/мин) и привод диаграммы потенциометра ЭПП-09. По достижении нагрузки заданной величины привод подъема печи отключается и на диаграмме автоматически записывается кривая релаксации.
Для испытаний на релаксацию в условиях сжатия была предложена конструкция установки УМИР-10 мощностью 10 т.
Образец лежит на роликовых опорах и он может перемещаться по плоскостям соприкосновения с опорой. Чем больше напряжения в образце, тем больше сил необходимо для преодоления сил трения. Падение напряжений во время испытания измеряется по изменению сил трения.
Машина для испытании чугуна на релаксацию в условиях сжатия, была создана на основе установки для испытаний на ползучесть. Образец, представляющий собой цилиндр диаметром 6,35 и высотой 25,4 мм, сжимается между двумя стержнями, торцы которых имеют шлифованную притертую поверхность. Нагрузка прилагается с помощью системы рычагов. Деформацию измеряют специальным экстензометром, увеличивающим в 5 раз перемещение с помощью системы рычагов. Поддержание деформации на заданном уровне достигается перемещением груза вдоль нагружающего рычага, осуществляемым с помощью сервомотора и винта.
Указанная система характеризуется следующими параметрами: скорость двигателя 1,5 об/мин, шаг винта 25 мм, перемещение конца рычага экстензометра на 0 0075 мм приводит к изменению напряжения в образце на 0,84 МН/м (0,084 кг/мм2). Начальное нагружение осуществляется отвинчиванием нажимного винта под концом рычага, на котором устанавливают на подвеске необходимые для создания заданного начального напряжения грузы. Одновременно с отвинчиванием винта ввинчивается микрометр до появления контакта с рычагом экстензометра. При этом срабатывает реле и начинается процесс испытания.
1 — опорная призма; 2— верхний толкатель; 3— стержень из кремнезема; 4 — участок верхнего толкателя из кремнезема; 5 и 8 — верхний и нижний вкладыши из жаропрочного сплава; 6 — термопарпые вводы; 7— образец; 9— участок верхнего толкателя из кремнезема; 10, 12— установочные детали; 13 — тележка; 14 — подвеска; 15 — груз; 16 — кольцо шарикоподшипника; 17 — верхний рычаг; 18 — втулка; 19 — втулка; 20 — экстензометр со скользящими полувтулками; 21 — головка микрометра; 22 —регулируемые направляющие; 23 — направляющая деталь; 24 — конец печи, 25 — направляющие стержни печи; 26— печь; 27— швеллер; 28 — опорная призма; 29 — нижний рычаг; 30 — шпиндель с прямоугольной резьбой; 31—электродвигатель; 32 — рельс; 33 — движущаяся пластина
Рисунок 7 – Схема машины для испытаний на релаксацию в условиях сжатия
2.2 Релаксация при изгибе и кручении
Наибольшее применение нашли два метода испытаний на релаксацию при изгибе: кольцевых образцов и плоских пружин. Метод И. А. Одинга, являющийся в наших лабораториях практически основным для получения характеристик сопротивления релаксации материалов, состоит в следующем: кольцевой образец, сконструированный в виде бруса равного сопротивления изгибу (рисунок 8), нагружают с помощью клина определенной толщины, вставленного в прорезь. Образец с клином помещают в нагревательное устройство (печь или жидкую ванну), где во времени происходят процессы релаксации первоначальных напряжений. Заданное начальное напряжение создается выбором толщины клина. Величину релаксированного напряжения определяют по изменению первоначальной ширины прорези. Напряжения определяют по формулам
(39) 
(39’)где А — константа, полученная из условия линейного распределения напряжений по среднему сечению образца (А = 0,000583
); 
—модуль упругости при температуре испытания; 
— изменение ширины прорези за счет установки клина; 
— изменение первоначальной ширины прорези за счет ползучести. 
Рисунок 8 – Кольцо для испытаний на релаксацию по методу Одинга
Метод имеет следующее ограничение: если начальное напряжение
равно или превышает предел упругости (пропорциональности) материала при температуре испытания, то мгновенная пластическая деформация резко изменяет фактическое значение [так, пластическая деформация 0,05% приводит к уменьшению на 85 МН/м2 (8,5кг/мм2). В связи с этим испытания кольцевых образцов возможны при , равном 
. Но и при = 
в ряде случаев возможны ошибки в связи с пластической деформацией при комнатной температуре, это наблюдается при условии 
(40)Это условие выполняется, например, для сталей ЭИ612 и ЭИ787 при 650—700° С.
1,3,4 — в ЦНИИТМАШ; 2—в ЦКТИ; 5 — в институте им. Баранова; 6 — в ВИАМ
Рисунок 9 - Изменение модуля упругости сталей ЭИ612 и ЭИ481 в зависимости от температуры, определенного динамическим (1—5) и статическим методами (6), полученные в разных лабораториях.