Методы определения упругих свойств

1) Для динамического определения модулем разработано несколько

способов. Например, модуль сдвига
можно определять при измерении час­тоты крутильных колебаний проволочного образца на установке типа крутильного маятника. Схема прямого и перевернутого крутильного маятника: 1 -образец; 2 - инерционная масса; 3 -захваты.

В этой установке образец закрепляют
верхним концом, а к нижнему
прикрепляют подвес со скручивающим приспособлением (обычно это равноплечий рычаг с двумя грузами, расположенными на равных расстояниях от образца). Иногда для удобства измерений используют так называемый перевернутый маятник, в котором жестко закреплен нижний конец образца, а скручивающая система связана с верхним концом. В этом случае осевая нагрузка на образец от веса скручивающей системы воспринимается специ­альной тонкой нитью - подвесом. Закручивая рычаг перед началом измере­ний на определенный угол, можно вызвать крутильные колебания образца, частота которых регистрируется при помощи оптической системы. Модуль сдвига материала, из которого изготовлен образец, определяют по формуле;

G =128рLIf², L - длина образца; d - диаметр образца; I - момент инер­ции скручивающей системы; f - частота колебаний.

Момент инерции может быть определен, если известны массы переме­щающихся грузов и периоды колебаний системы, соответствующие двум различным расстояниям от грузов до центра образца. При таком способе измерения размеры образца и параметры скручивающей системы подбира­ют обычно таким образом, чтобы измеряемая частота -колебаний составля­ла около 1Гц.

2)Метод внутреннего трения. Изменение напряжения (пунктир) и деформации во времени при релаксации деформации. Этот метод, основан­ный на способности металлов необратимо рассеивать энергию упругой деформации, широко распространен в металловедении и физике металлов.

В соответствии с законом Гука деформация точно следует за прило­женным напряжением. В этом законе отсутствует фактор времени. В дей­ствительности стабильная деформация в соответствии с законом Гука получается только при очень медленном нагружении образца. Если очень быстро приложить напряжение у (или ф), то образец деформируется на величину е' и модуль нормальной упругости, например Е, будет равен E=у/ е'. Если затем выдерживать под напряжением о образец до момента установления равно­весия, то получится дополнительная деформация образца е" и Е_р приоб­ретает значение Е_p=у/( е'- е")

3) Наиболее распространенным является метод крутильного маятника.
В этом методе образец является упругой частью маятника. Потери цикличе­ской деформации, возникающей под влиянием касательных напряжений,
определяются по логарифмическому декременту затухания свободных колебаний. При использовании метода крутильного маятника ему задают

первоначальную амплитуду А_{) и измеряют амплитуду А_п через п колебаний. Относительные потери (рассеяние упругой энергии Uпревращение ее в теплоту) при малом угле цобозначают Q^-1. При этом внутреннее трение равно: Q^-1 = lnK/πn где К=А₀/А_n

Зависимость внутреннего трения (1) и динамического модуля упруго­сти (2) от произведения ωτ, τ -время, ω-угловая скорость.

2. Методы определения термического расширения, дилатометри­ческие исследования.

Знание абсолютных значений коэффициента линейного расширения сплавов часто необходимо для изготовления деталей машин и приборов высокой точности, и также деталей, работающих при нагреве.

Дилатометрический анализ заключается в определении изменений дли­ны образцов при нагреве и охлаждении или при изотермической выдержке. Важным преимуществом дилатометрического анализа является независи­мость объемного эффекта, а следовательно, и точности анализа от скорости охлаждения.

Дилатометрический анализ применяют для определения коэффициента теплового расширения и изучения фазовых превращений в сплавах. Напри­мер, дилатометрическим анализом изучают процессы закалки и отпуска стали, графитизацию чугуна и процессы старения некоторых сплавов. Из­мерение длины (или объема) во времени в изотермических условиях позво­ляет определить кинетику превращений, поскольку степень этих превраще­ний во времени пропорциональна изменениям длины.

Если в металлах или сплавах при изменении температуры не происхо­дит фазовых превращений, то их длина (объем) изменяется плавно. Однако, если происходит фазовое превращение, то длина (или объем) растет (или убывает) скачкообразно.

Критические точки и области превращений определяют по кривым, по­казывающим изменения длины изучаемого образца при нагреве или при охлаждении. Резкие перегибы на кривых свидетельствуют о внутренних изменениях, происшедших в сплаве.

В точке А_С1 перлит превращается в
аустенит, а при дальнейшем нагреве в
интервале температур Ac1-Ac3(длядоэвтектоидной стали) феррит превращается в аустенит, обладающий меньшим удельным объемом; количество аустенита возрастает в ходе этого превращения до 100%.

Критические точки могут быть определены непосредственно по дила­тометрической кривой, без дополнительных построений. Сравнение критических точек при нагреве и охлаждении показывает их заметное различие, т. е. температурный гистерезис.. Перегибы на кривой объясняются фазовыми превращениями идущими при отжиге закаленной
стали. Для регистрации изменений длины применяют различные методы и

приборы - дилатометры - механические, оптические и электрические. Одна из конструкций электрического дилатомет­ра.

Прибор для дилатометрического анализа состоит из головки (собственно дилатометра) и регистрирующего аппарата. В головке имеется запаянная с одного конца кварцевая трубка 1, прочно закрепленная в металлической втулке 2. В трубке помещается образец 3, имеющий форму цилиндрического стержня диаметром 4 мм и длиной 30 мм.

Образец упирается в запаянный конец кварцевой трубки и кварцевый стержень 4, перемещение которого передается на индикатор часового типа 5 и эластичную пластину 6, с наклеенными на неё тензодатчиками 7. Перемещение образца вызывает изменение электрического сигнала снимаемого с тензодатчиков. Температура образца изменяется при помощи нагревательной печи 8 и регистрируется термопарой 9. находящей­ся в непосредственной близости к образцу.

18. Методы определения термического расширения, дилатометри­ческие исследования.

Знание абсолютных значений коэффициента линейного расширения сплавов часто необходимо для изготовления деталей машин и приборов высокой точности, и также деталей, работающих при нагреве.

Дилатометрический анализ заключается в определении изменений дли­ны образцов при нагреве и охлаждении или при изотермической выдержке. Важным преимуществом дилатометрического анализа является независи­мость объемного эффекта, а следовательно, и точности анализа от скорости охлаждения.

Дилатометрический анализ применяют для определения коэффициента теплового расширения и изучения фазовых превращений в сплавах. Напри­мер, дилатометрическим анализом изучают процессы закалки и отпуска стали, графитизацию чугуна и процессы старения некоторых сплавов. Из­мерение длины (или объема) во времени в изотермических условиях позво­ляет определить кинетику превращений, поскольку степень этих превраще­ний во времени пропорциональна изменениям длины.

Если в металлах или сплавах при изменении температуры не происхо­дит фазовых превращений, то их длина (объем) изменяется плавно. Однако, если происходит фазовое превращение, то длина (или объем) растет (или убывает) скачкообразно.

Критические точки и области превращений определяют по кривым, по­казывающим изменения длины изучаемого образца при нагреве или при охлаждении. Резкие перегибы на кривых свидетельствуют о внутренних изменениях, происшедших в сплаве.

В точке А_С1 перлит превращается в
аустенит, а при дальнейшем нагреве в
интервале температур Ac1-Ac3(для

доэвтектоидной стали) феррит превращается в аустенит, обладающий меньшим удельным объемом; количество аустенита возрастает в ходе этого превращения до 100%.

Критические точки могут быть определены непосредственно по дила­тометрической кривой, без дополнительных построений. Сравнение критических точек при нагреве и охлаждении показывает их заметное различие, т. е. температурный гистерезис.. Перегибы на кривой объясняются фазовыми превращениями идущими при отжиге закаленной
стали. Для регистрации изменений длины применяют различные методы и

приборы - дилатометры - механические, оптические и электрические. Одна из конструкций электрического дилатомет­ра.

Прибор для дилатометрического анализа состоит из головки (собственно дилатометра) и регистрирующего аппарата. В головке имеется запаянная с одного конца кварцевая трубка 1, прочно закрепленная в металлической втулке 2. В трубке помещается образец 3, имеющий форму цилиндрического стержня диаметром 4 мм и длиной 30 мм.

Образец упирается в запаянный конец кварцевой трубки и кварцевый стержень 4, перемещение которого передается на индикатор часового типа 5 и эластичную пластину 6, с наклеенными на неё тензодатчиками 7. Перемещение образца вызывает изменение электрического сигнала снимаемого с тензодатчиков. Температура образца изменяется при помощи нагревательной печи 8 и регистрируется термопарой 9. находящей­ся в непосредственной близости к образцу.

Дата добавления: 2015-04-24