АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗГИБА МАЛОРАЗМЕРНЫХ ДИСКОВ НА КОЛЬЦЕВОЙ ОПОРЕ

Рассмотрен ряд методов испытания на изгиб тонких дисков на кольцевой опоре, предназначенных для определения прочности на разрыв хрупких материалов. Методы различаются типом нагружающего индентора (с плоским, сферическим или тороидальным наконечниками), опорными приспособлениями и расчетными уравнениями для определения разрушающего напряжения. Приведены результаты испытания образцов на кольцевой опоре, изготовленных из двух модельных материалов — чугуна и графита, различающихся степенью хрупкости. Показано, что расчетная прочность испытанных материалов зависит от характера разрушения образцов и вида диаграммы изгиба. Образцы из чугуна разрушались после значительной пластической деформации (характерна диаграмма изгиба, переходящая через максимум), а прочность образцов на разрыв соответствовала прочности материала при сжатии, т.е. в несколько раз превышала прочность при растяжении. Образцы из графита разрушались хрупко (на линейном участке диаграммы изгиба), и расчетное значение прочности было сопоставимо с прочностью материала при растяжении. Сделан вывод, что применение метода испытания тонких дисковых образцов на кольцевой опоре для определения прочности материала при растяжении обосновано лишь в случае абсолютно хрупкого разрушения образцов, для которых характерна диаграмма изгиба, аналогичная диаграмме разрушения образцов из графита. Двумя методами (с плоским и сферическим наконечниками) испытаны одинаковые дисковые образцы из оксида алюминия, полученные методом электроимпульсного спекания. В обоих случаях диаграмма изгиба образцов из оксида алюминия была такой же, как и образцов из графита, т.е. их разрушение происходило на начальном линейном участке диаграммы абсолютно хрупко. Сравнительные результаты испытания образцов из оксида алюминия с учетом данных испытания образцов из модельных материалов (чугуна и графита) показали, что наиболее обоснованными являются испытания на кольцевой опоре дисков с применением индентора с плоским наконечником. Образцы должны быть изготовлены из хрупких материалов, для которых диаграмма изгиба линейна вплоть до разрушения образца.

1. Munir Z. A., Anselmi-Tamburini U., Ohyanagi М. The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: A review of the spark plasma sintering method / Journal of Materials Science. 2006. Vol. 41. P 763-777. DOI:10.1007/s10853-006-6555-2

2. Min Yu., Grasso Salvatore, Mckinnon Ruth, Saunders Theo and Reece Michael J. Review of flash sintering: materials, mechanisms and modeling / Advances in Applied Ceramics. 2017. Vol. 116. N1 . P 24-60 . DOI:10.1080/17436753.2016.1251051

3. Menezes R. R., Sout E M., Kiminami R. H. G. A. Microwave sintering of ceramics. Part I: Fundamental aspects / Ceramica. 2007. Vol. 53. Issue 325. P 1-10.

4. Bashlykov S. S., Demenyuk V D., Grigor'ev E. G., et al. Electropulse consolidation of UN powder / Inorg. Mater.: Appl. Res. 2014. Vol. 5. P 278-283. DOI:10.1134/S2075113314030034

5. Kozlik J., Becker H., Strasky J., et al. Manufacturing of fine-grained titanium by cryogenic milling and spark plasma sintering / Materials Science & Engineering: A. 2020. Vol. 772. 138783. DOI:10.1016/j.msea.2019.138783

6. Ratzker В., Wagner A., Kalabukhov S., et al. Non-uniform microstructure evolution in transparent alumina during dwell stage of high-pressure spark plasma sintering / Acta Materialia. 2020. Vol. 199. P 469-479. DOI:10.1016/j.actamat.2020.08.036

7. Liang Y, Xiang S., Li Т., Zhang X. Ultrafast fabrication of high-density Al-12Si compacts with gradient structure by electro-discharge sintering / Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 54. P 301-308. DOI:10.1016/j.jmapro.2020.03.013

8. Van der Laan A., Boyer V, Epherre R., Estournes C. Simple method for the identification of electrical and thermal contact resistances in spark plasma sintering / Journal of the European Ceramic Society. 2021. Vol. 41. P 599-610. DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2020.08.073

9. Фридман Я. В., Ройтман И. М. Испытание на изгиб дисков с опорой по контуру / Заводская лаборатория. 1948. Т. 14. № 10. С. 1238-1240.

10. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов (справочное пособие под общей ред. А. Т. Туманова). Т. П. Методы исследования механических свойств металлов. — М.: Машиностроение, 1974. — 320 с.

11. Goltsev V. Y. and Gribov N. A. The Use of Thin Disc Samples for the Determination of the Tear Resistance of Brittle Materials / 15th International School-Conference "New materials — Materials of innovative energy: development, characterization methods and application" / KnE Materials Science. 2017. P 148-154. DOI:10.18502/kms.v4il.2139

12. ASTM С 1499-09. Standard Test Method for Montonics Equlbiaxial Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature.

13. Khaleghi E., Yen-Shan Lin, Meyers M. A. and Olevsky E. A. Spark plasma sintering of tantalum carbide / Scripta Materialia. 2010. Vol. 63. P 577-580. DOI:10.1016/j.scriptamat.2010.06.006

14. ISO 6872. Dentistry-ceramic materials. Geneva: International Organization for Standardization, 2006.

15. Timoshenko S. Theory of Elates and Shells. — New York: McGraw-Hill, 1940. — 492 p.

16. Самохин А. В., Алексее в H. В., Цветков Ю. В. Плазмохимические процессы создания нанодисперсных порошковых материалов / Химия высоких энергий. 2006. Т. 40. № 2. С. 120-126.

17. Goltsev V Yu., Grigoriev Е. G, Osintsev A. V, et al. Comparison of two test methods for bending small disks on an annular support / IOF Fublishing. Journal of Fhysics: Conference Series. 1431(2020). 012014. DOI:10.1088/1742-6596/1431/1/012014

18. Grigoryev E. G., Goltsev V. Yu, Gribov N. A., et al. Determination of the Mechanical Froperties of the Materials Froduced by Electric Fulse Fowder Consolidation / Russian Metallurgy. 2020. N 4. P 493-499. DOI:10.1134/S0036029520040096