The indentation method to test the mechanical properties of the material of the container for

high pressure apparatus has been described. The proposed method allows to determine in situ the

destructiveness of the container under synthesis conditions. The complex characteristic of the elastic

and plastic properties of the material has been proposed and relation between the proposed

characteristic and the destructiveness of the container’s material has been found

Виноградов, С.А.

Доценко, В.М.

Сороченко, Т.А.

Наукова електронна бібліотека періодичних видань НАН України (Vernadsky National Library of Ukraine)

РАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА349УДК 539.89С. А. Виноградов, канд. техн. наук; В. М. Доценко, Т. А. Сороченко Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. КиевОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТОДОМ ИНДЕНТИРОВАНИЯ ПРИГОДНОСТИ ИЗВЕСТНЯКОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТЕЙНЕРОВ АППАРАТОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯThe indentation method to test the mechanical properties of the material of the container for high pressure apparatus has been described. The proposed method allows to determine in situ the destructiveness of the container under synthesis conditions. The complex characteristic of the elas-tic and plastic properties of the material has been proposed and relation between the proposed characteristic and the destructiveness of the container’s material has been found. Предложенный ранее специалистами Института сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины (ИСМ) способ определения пригодности материалов для изготовления контейнера аппаратов высокого давления, используемого для синтеза сверхтвердых мате-риалов, основан на широко применяемом для определения твердости как металлических, так и неметаллических материалов методе индентирования [1]. При этом на специальном прибо-ре УМП-1 [2] записывали диаграммы внедрения индентора на этапе приложения и снятия нагрузки. Такой подход позволяет определить количественные характеристики упругих и пластических свойств испытуемого материала независимо от его твердости, так как эти ха-рактеристики безразмерные. Однако из-за конструкционных особенностей применяемого прибора испытания занимают много времени, вследствие чего прибор нельзя рекомендовать для промышленного использования.Далее было предложено использовать в целях определения пригодности материалов для изготовления контейнеров аппаратов высокого давления метод определения механиче-ских свойств вдавливанием пуансона с помощью прибора УМПГ-3 в соответствии с ГОСТ 12288-66 [3]. Согласно предложенному методу коэффициент пластичности материала опре-деляется как величина, обратная отношению работы упругой деформации (Ау) к общей рабо-те, затраченной на разрушение образца (Аоб). Глубина погружения пуансона определяется по индикатору часового типа, максимальная площадь контакта – 8 мм2. При этом для определе-ния работы упругой деформации требуется построить диаграмму внедрения индентора. На основании экспериментальных исследований было предложено выбирать указанным мето-дом материалы-известняки для изготовления контейнеров по двум независимым характери-стикам – твердости по штампу и пластичности.В настоящей работе предлагается развитие предложенных ранее методов [1;3] для экспресс-оценки упругопластических свойств материала контейнера. Опыт применения аппарата высокого давления (АВД) для синтеза сверхтвердых ма-териалов дает основание считать, что вероятность разрушения контейнера взрывом зависит как от свойств исходного материала (например, известняка), так и от приобретенных свойств в процессе подготовки контейнера для осуществления синтеза. Другими словами актуальной является разработка метода экспресс-оценки механических свойств материала контейнера без его разрушения. Ранее был предложен критерий оценки качества материала контейнера, определяемый на основе результатов испытания материалов методом индентирования [4]. Этот метод основан на предположении, что причиной взрывного разрушения контейнера является накопление энергии упругой деформации и ее резкое высвобождение вследствие глобального пластического сдвига, когда пластичность материала недостаточна для рассеи-вания энергии деформации. В этой связи вероятность разрушения при прочих равных усло-Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКАИ ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ350виях будет тем выше, чем ниже пластичность материала при высоком давлении и больше способность материала накапливать энергию деформации. В качестве критерия вероятности взрывного разрушения контейнера была предложена комплексная характеристика, учитывающая упругие и пластические свойства материала од-новременно. Как величину, характеризующую пластичность, использовали твердость мате-риала при внедрении индентора. Мерой твердости является глубина внедрения индентора. Способность накапливать энергию деформации характеризовали величиной восстановленно-го отпечатка после снятия нагрузки. Для реализации метода использовали прибор «Супер-Роквелл». Испытания проводили на основе определения твердости по методу Роквелла согласно ГОСТ 22575-78. По результатам ис-пытаний с помощью указанного прибора рассчитывали условную твердость [4]:,где Нв, Ннв – соответственно восстановленная и невосстановленная твердость. Твердость оп-ределяется по Мейеру, т. е. как отношение нагрузки к проекции площади отпечатка, в отли-чие от определения твердости по Виккерсу, Бринелю и Роквеллу, где твердость вычисляют как отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка. Невосстановленная твердость Ннв характеризует пластичность материала: чем выше твердость, тем меньше глубина внедрения индентора и, следовательно, способность мате-риала деформироваться под действием приложенной нагрузки (рассеивать энергию дефор-мации). Отношение пропорционально восстановлению отпечатка после снятия нагрузки и характеризует способ-ность материала накапливать энергию деформации. Восстановленная и невосстановленная твердость регламентирована ГОСТ 9450-76. В соответствии со стандартной методикой испытания образец (контейнер) устанавливают на опорном столике прибора и подвергают предварительной и основной нагрузке в соответствии с ГОСТ 22575-78. Фиксируют показания стрелки прибора на индикаторе при основной и пред-варительной нагрузке после снятия основной. Проводят три цикла измерений на одном образ-це (контейнере). Согласно предлагаемому способу невосстановленная твердость Ннв рассчиты-вается как отношение нагрузки к проекции площади отпечатка при действии приложенной основной нагрузки (15 кг). Восстановленная твердость определяется как отношение прило-женной основной нагрузки к проекции площади отпечатка, измеренной после снятия основной нагрузки (под действием предварительной нагрузки – 1 кг). Отсчет проводится по шкале В с применением в качестве индентора стального шарика. Диаметр стального шарика составляет 1,588 мм (максимальная площадь контакта – 8 мм2). В качестве показателя условной твердости образца (контейнера) принимается среднее арифметическое трех измерений. В целях проверки применимости для определения вероятности разрушения контейне-ра условной твердости были проведены производственные эксперименты в условиях Опыт-ного завода ИСМ НАН Украины на семи партиях 600 шт. контейнеров. При этом использо-вали контейнеры, изготовленные прессованием из известняка Алгетского месторождения со связкой на основе бакелитового лака и стальной аппарат высокого давления увеличенного объема для промышленного синтеза алмазных шлифпорошков. Определяли условную твер-дость каждого контейнера исследуемой партии. Индентирование проводили на наружной поверхности контейнера. Предварительная нагрузка составляла 1 кг, основная – 15 кг. Затем контейнеры снаряжали по обычной технологии и осуществляли синтез. В процессе синтеза фиксировали наличие или отсутствие взрыва. На основании полученных результатов по-строили экспериментальную зависимость частоты взрывного разрушения контейнеров νi от величины условной твердости Hуi. Частоту взрывного разрушения определяли по формулеРАЗДЕЛ 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ, КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ АЛМАЗА И КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА351где ni – количество разрушившихся контейнеров с условной твердостью Нуi; Ni – общее ко-личество контейнеров с условной твердостью Нуi. На основании полученных результатов построили зависимость νi от Нуi, (см. рисунок), а затем по экспериментальным точкам путем интерполяции – зависимость ν (Hу).Зависимость частоты разрушения контейнера от условной твердости Как видим на рисунке, между условной твердостью контейнера и вероятностью его взрывного разрушения существует корреляционная зависимость. Подсчитанная вероятность существования корреляции между этими двумя величинами составила 95 %. Из полученных данных следует, что со снижением пластичности материала контейнера и повышением спо-собности накапливать энергию деформации вероятность взрывного разрушения контейнера повышается. Выводы1. Предложенный метод является развитием метода определения механических свойств горных пород вдавливанием индентора или штампа и позволяет экспериментально определить упругопластические свойства испытуемого материала без построения диаграммы внедрения. 2. Предложено использовать одну характеристику, которая описывает комплексное влияние упругих и пластических свойств материала контейнера на его способность удержи-вать давление в процессе синтеза. 3. Предложенные метод можно использовать в заводских лабораториях для выбороч-ного испытания контейнеров АВД. Литература1. Виноградов С. А., Герасимов А. Ю. Применение метода индентирования для опреде-ления механических свойств материалов контейнеров АВД // Сверхтвердые и туго-плавкие материалы.- К.: Изд-во ИСМ АН УССР, 1986. – С. 73–76.2. Поваренных А. С., Герасимов А. Ю. Новый метод определения микромеханических свойств материалов на приборе УМП-1 //Минералогич. журн. –1980. –№ 2. – С. 11–24.3. Механические свойства известняков – материала для изготовления контейнеров аппа-ратов высокого давления. А. И. Боримский, В. П.Трескин, Т. А Сороченко. и др.//Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и техно-логия его изготовления и применения: Сб. науч. тр. – К.: Изд-во ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2004. – Вып. 7– С. 184–187.4. А. с. № 1464342 СССР, МКИ B01 N 3/40. Метод выбора материала контейнера для аппа-ратов высокого давления / С. А. Виноградов, А. Ю. Герасимов, А. Ф. Ляшенко, В. М. До-ценко – Не опублик., 1987.Поступила 25.05.10

Определение методом индентирования пригодности известняков для изготовления контейнеров аппаратов высокого давления

http://dspace.nbuv.gov.ua/xmlui/bitstream/123456789/23466/1/71-Vinogradov.pdf

Определение методом индентирования пригодности известняков для изготовления контейнеров аппаратов высокого давления

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Наукова електронна бібліотека періодичних видань НАН України (Vernadsky National Library of Ukraine)