Квалиметрическая оценка механических характеристик кольцевых образцов, полученных при растяжении магнитно-импульсным методом Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ (№ 12-08-00573-а), ФЦП (госконтракт № 16.740.11.0462).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Panchenko E.Y., Chumlyakov Y.I., Eftifeyeva A.S. INFLUENCE OF STRESS-ASSISTED AGING ON FUNCTIONAL PROPERTIES OF [123]-ORIENTED CoBsNiBsAlso SINGLE CRYSTALS

The effect of nano-size particles on the thermoelastic B2-L10 martensitic transformation at cooling/heating and under stress is investigated. It is shown that aging at 673 K, 0.5 h under tensile load of [123]-oriented Co35Ni35Al3o single crystals creates conditions for observing two-way shape memory effect and increases the cyclic stability of super-elasticity.

Key words: single crystals; dispersed particles; superelasticity; two-way shape memory effect.

УДК 627.762

КВАЛИМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ

© Д. А. Грибанов, С. А. Атрошенко

Ключевые слова: диаграмма разброса; корреляционный анализ; функция желательности; длительность импульса; размер зерна; количество вязкой составляющей в изломе.

Исследованы алюминиевые образцы в условиях магнитно-импульсного нагружения. Выполнена квалиметриче-ская оценка характеристик сопротивления разрушению материала, полученного по разным технологическим режимам, с использованием методики построения диаграммы разброса, корреляционного анализа и функции желательности.

Современные условия развития технологии машиностроения повышают требования к надежности и долговечности материалов элементов конструкций в виде труб, работающих в условиях возникновения динамических нагрузок. Отсюда возникают задачи определения и оценки истинных параметров разрушения, а также изучение закономерностей изменения физикомеханических свойств и структуры материалов в данных условиях. Возможным решением этих задач является проведение исследований кольцевых образцов металлических материалов в условиях высокоскоростного нагружения магнитно-импульсным методом. Это позволяет смоделировать дорогостоящие натурные испытания, что является актуальным. В то же время сложно оценить качество материала в этих условиях. Поэтому использование квалиметрических методов оценки материалов в условиях ударного нагружения может послужить заменой дорогостоящих испытаний изделий.

Методика магнитно-импульсного нагружения

кольцевых образцов подробно описана в работе [1].

Металлографические исследования. Исследование поверхностей разрушения алюминиевых образцов после испытаний осуществлялось на оптическом микроскопе Ахю-ОЪ8егуег-71-М. Количество вязкой составляющей в изломе (В, %) определялось по формуле, приведенной в ГОСТ 30456-97 [2]. Площадь хрупкой составляющей определялась измерением площади хрупкого излома по фотографии. Структура изучалась на поперечных шлифах после соответствующего хими-

ческого травления. Микротвердость замеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке 20 г [3].

Методика квалиметрической оценки. Оценка качественных характеристик сопротивления разрушению алюминиевых кольцевых образцов, полученных по разным технологическим режимам, осуществлялась с использованием методики построения диаграммы разброса, корреляционного анализа и функции желательности.

Проведение корреляционного анализа по диаграмме разброса. Для оценки тесноты взаимосвязи между показателями качества, полученными после испытаний алюминиевых образцов по разным режимам высокоскоростного ударного нагружения (табл. 1), был применен корреляционный анализ [4].

Построено поле корреляции для пары данных «твердость по Виккерсу, НУ (у) - размер зерна, Бз (х)», которое показало, что между показателями существует прямая отрицательная корреляция (с увеличением х1 значения у имеют тенденцию к убыванию).

Поле корреляции для пары данных «твердость по Виккерсу, НУ (у) - количество пор на площади 400 мкм2, п(х)», показало, что между показателями существует прямая положительная корреляция (с увеличением х1 значения у,■ имеют тенденцию к возрастанию).

Полученное значение коэффициента корреляции Пирсона после корректировки ввиду оценки корреляции по выборке малого объема (Ы = 4 меньше 100) Г = = -0,781 говорит о наличии высокой степени взаимосвязи между парой «твердость по Виккерсу, НУ - раз-

1757

мер зерна, Вз». Как видно из полученных данных, зависимость твердости от размера зерна подчиняется закону Холла-Петча.

Таблица 1

Данные для расчета коэффициентов корреляции

№ п/п Показатели качества Режим испытания

Базовый № 1 № 2 № 3 № 4

1 Длительность импульса Т, мкс 38 7,5 1,0 7,5

2 Размер зерна Бз, мкм 4,6 8,2 3,0 1,2

3 Количество пор на площади 400 мкм2 п, шт. 53 91 70 121

4 Твердость по Виккерсу НУ, МПа 196 582,4 639,1 1318,6

5 Растягивающее напряжение а, МПа 100 104 142 -

6 Количество вязкой составляющей в изломе В, % 75-85 98,2 91,5 -

Значение коэффициента корреляции Г = 0,995 показывает высокую степень взаимосвязи между парой «твердость по Виккерсу, НУ - количество пор на площади 400 мкм2, п(х)». С увеличением показателя количества пор на площади 400 мкм2 п увеличивается показатель твердости по Виккерсу НУ, что является неожиданным.

Полученные зависимости можно использовать для определения оптимального режима испытания алюминиевых образцов с целью дальнейшей оценки показателей качества их работоспособности, в условиях высокоскоростного ударного нагружения.

Построение функции желательности. В соответствии с методикой [5-7], для оценки качества образцов из алюминия показателями были выбраны: длительность импульса Т, мкс; размер зерна Бз, мкм; твердость по Виккерсу, НУ; растягивающее напряжение а, МПа; количество вязкой составляющей в изломе В, % (табл. 1).

При анализе рассчитанных единичных показателей желательности и на основе полученных значений обобщенной функции желательности можно сделать следующие выводы:

1) наилучшим сочетанием характеристик обладает алюминий, испытанный по режиму № 3;

2) при существенно более коротком импульсе ударного воздействия (режим № 3) значение обобщен-

ной функции желательности имеет максимальное значение 0,79, что говорит о преимуществе использования этого режима для проведения испытаний кольцевых материалов;

3) так как для оценки качества материалов при ударном нагружении большое значение имеет сопротивляемость хрупкому разрушению, характеризуемая единичным параметром «Количество вязкой составляющей в изломе B, %», то наиболее предпочтительным является режим, когда материал переходит в категорию качества «отлично».

Таким образом, с помощью номограммы желательности и на основе значений обобщенной функции желательности можно увидеть, какие исследуемые параметры находятся в интервалах «хорошо» и «отлично», а также значения, попавшие в интервалы «удовлетворительно» и «плохо», нуждающиеся в улучшении и доработке.

Представленный квалиметрический метод оценки сопротивляемости металлических материалов хрупкому разрушению позволяет эффективно оценить уровень надежности материала в экстремальных условиях нагружения.

ЛИТЕРАТУРА

3. Морозов В.А., Петров Ю.В., Лукин А.А., Кац В.М., Удовик А.Г., Атрошенко С.А., Грибанов Д.А., Федоровский Г.Д. Исследование прочности металлических колец при ударном воздействии магнитно-импульсным методом // ЖТФ. 2011. Т. 81. Вып. 6. С. 51.

4. ГОСТ 30456-97 Металлопродукция. Прокат листовой и трубы стальные. Методы испытания на ударный изгиб.

5. ГОСТ 9450-76 (СТ СЭВ 1195-78) Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников.

6. Харченко М.А. Корреляционный анализ: учеб. пособие. Воронеж, 2008. 30 с.

7. Азгальгов Г.Г. Теория и практика оценки качества товаров. М.: Экономика, 1982. С. 345.

8. Лунькова С.В., Матрохин А.Ю. Измерение качества (квалиметрия) текстильных материалов и товаров: метод. указания. Иваново: ИГТА, 2004. С. 41.

9. Рыбинцев В.А., Горюнов А.Н., Саламатова Н.С. Теоретические аспекты оценки качества и конкурентоспособности товаров народного потребления // Культура народов Причерноморья. 2005. № 71. С. 45-52.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Gribanov D.A., Atroshenko S.A. QU ALIMETRIC AL EVALUATION OF RING SAMPLE MECHANICAL PROPERTIES OBTAINED UNDER TENSION BY MAGNETIC PULSE METHOD

The article deals with investigation of aluminum samples under magnetic pulse loading, and the qualimetric estimation of the characteristics of fracture resistance of the material obtained by different technological regimes, using the technique of scatter plots, correlation analysis and desirability function.

Key words: scatter plot; correlation analysis; desirability function; pulse; grain size; amount of viscous component on fracture surface.

1758