Порядок проведення роботи. Деформаційні характеристики пластичних мас визначаються за допомогою пластометра

Деформаційні характеристики пластичних мас визначаються за допомогою пластометра конструкції Д. М. Толстого з паралельно-зсувними пластинками, що дозволяють створювати чистий зсув у тонкому шарі керамічної маси. Схема приладу та пластинки наведена на рис. 3.2.

а б в

Рисунок 3.2 – Пластометр Д. М. Толстого:

а – загальний вигляд; б – схема приладу; в – вигляд пластинок

Основними деталями приладу (рис. 3.2, б) є пластинки 1, між якими розміщують зразок керамічної маси 2, підвіска 3 для розташування закріплення важка 4, блок 5, через який перекинутий тросик 6, що з’єднує важок із верхньою пластинкою, і індикатор 7, який фіксує деформацію зсуву зразка.

Площини пластинок, що прилягають до маси, мають рифлення для забезпечення зчеплення з поверхневими шарами маси та спрямування у бік, протилежний напрямку дії деформуючих зусиль. Зразок маси товщиною
5–6 мм (±0,1 мм) розташовують між пластинками так, щоб їх зубчики повністю занурились у масу. Надлишки маси зрізують врівень з краями пластинок. Товщину шару керамічної маси замірюють мікрометром у двох-чотирьох місцях з точністю 0,1 мм. Дослід проводять після того, як пластинки зі зразками знаходились в ексикаторі над водою протягом доби. За цей час практично завершується тиксотропне зміцнення структури зразка. Для запобігання втрат вологи під час досліду бічні сторони зразка вкривають вазеліном та шматочками поліетиленової плівки. Пластинки зі зразком вміщують у гніздо тримача 8, який встановлено на станині 9 приладу. Нижня пластинка закріплюється гвинтом 10 для уникнення відриву від керамічної маси. Горизонтальність пересування верхньої пластинки і паралельність зсуву її відносно нижньої забезпечують певним положенням блоку, за допомогою якого можна змінювати напрямок діючої сили.

Далі встановлюють здвоєний діодний механотрон 11 типу 6МХ5С, сигнал від якого через підсилювач, що вмонтовано в один блок з джерелом живлення механотрона, поступає на потенціометр КСП-4 або індикатор з межею вимірювань до 1 мм і ціною поділок 10 мкм. Після цього приєднують підвіску для важка, що приблизно врівноважує тиск пружини індикатора. До приладу додається комплект підвісних гирь, що дозволяють створювати необхідне навантаження. За допомогою регулятора приводять тросик важка в горизонтальне положення.

Для отримання кривих «деформація – час» спочатку прикладають первинне мінімальне навантаження, яке необхідне для визначення початку пластичного плину (крива з похилою ділянкою на рис. 3.3). Мінімальним первинним навантаженням вважається таке, при якому через деякий час (~ 5–7 хв) швидкість деформації стає постійною. Навантаження обирається шляхом серії попередніх короткочасних навантажень невеликими масами (починаючи зі 100 г) з поступово зростаючою масою важків. Далі надають первинного навантаження та одночасно вмикають секундомір. Деформацію відлічують за плином 1; 5; 10; 15; 20; 30; 45 с; 1; 2; 3; 5; 7; 10; 12 та 15 хв. Потім навантаження знімають та відлічують зворотну деформацію впродовж 3–5 хв через ті ж самі інтервали часу. Для отримання повної картини деформаційного процесу керамічної маси слід здійснити не менше шести і-послідовних навантажень та розвантажень із поступовим збільшенням маси важка до моменту руйнування зразка.

Рисунок 3.3 – Криві «деформація – час» при напруженні зсуву:

1 – P > P_k; 2 – P < P_k

При кожному і-му навантаженні фіксують масу важка m та початкове положення індикатора С_0і (переставляти індикатор на нуль не варто). Потім знімають показання індикатора С_і для кожного відліку часу τ, а згодом, закінчивши дослід, розраховують і всі значення деформацій . Результати досліду заносять до табл. 3.1.

Таблиця 3.1 – Результати вимірювань деформації зсуву при початковому положенні індикатора С_0і

Тривалість досліду, с	Кількість поділок на індикаторі, Сі	,у поділках	, мкм	Деформація , мкм
при навантаженні	при розвантаженні

За експериментальними даними будують криву залежності ε = f(τ) у зручному масштабі (для осі ординат, на якій відкладають значення деформацій, 1 мм = 1 мкм; для осі абсцис, на якій відлічують час,
1 мм = 5 с).

Приклад побудови кривих «деформація – час досліду» при одному навантаженні та графічні побудови, необхідні для розрахунку структурно-механічних властивостей керамічних мас, показано на рис. 3.4.

Аналогічно будують залежності ε = f(τ) для всіх навантажень. За отриманими графіками визначають показники деформації маси. Швидка еластична деформація (ε₀) визначається за першим секундним відліком. Повільна еластична деформація (e₂) визначається як відрізок e₂ = e_m - e₀, пластична деформація Dε₁, градієнт швидкості розвитку пластичної деформації_, – за відношенням відрізку De₁ до добутку часу навантаження Dt і товщини шару маси а:

, (3.16)

де ∆ε₁ – пластична деформація, см; Dτ – загальний час навантаження, с; а – товщина зразка керамічної маси, см.

Рисунок 3.4 – Приклад побудови графіка при одному навантаженні

за методикою С. П. Ничипоренка [2]

Результати досліджень оформлюють у вигляді таблиці (табл. 3.2).

Таблиця 3.2 – Деформаційні характеристики керамічної маси

Навантаження, г	Види деформацій
ε0, мкм	e2, мкм	∆e1, мкм	, с–1

За отриманими даними будують допоміжні графіки залежностей:

ε₀ = f (Р);ε₂ = f (Р); .

Напруження зсуву (Р), дин/см², визначають за формулою

, (3.17)

де m – навантаження, г; S – площа пластинок, між якими знаходиться керамічна маса, см²; g – прискорення вільного падіння g = 981 см/с².

При побудові залежностей ε₀ = f(P); ε₂ = f(P) та слід враховувати, що вони мають бути показані прямими лініями, причому для залежностей ε₀ = f(P); ε₂ = f(P) прямі мають проходити через початок координат (оскільки при Р = 0 деформація також дорівнює нулю).

Користуючись побудованими допоміжними графіками знаходять величини, що характеризують пружно-пластично-в’язкі властивості мас: модуль пружності (Е₁), еластичний модуль (Е₂), найбільшу пластичну в’язкість(η₁) та умовну статичну границю текучості ( ), яка визначається з графіка як відрізок, що відсікається прямою на осі Р.

Розрахунок деформацій для визначення структурно-механічного типу глинистої сировини та керамічних мас здійснюється за рівняннями (3.2)–(3.4) при Р' = 20·10⁵ дин/см² і τ = 1000 с. Враховуючи наведені стандартні значення Р' і τ, для визначення деформаційних характеристик матеріалів слід користуватись формулами:

· швидка еластична деформація ; (3.18)

· повільна еластична деформація ; (3.19)

· пластична деформація . (3.20)

Визначені деформаційні характеристики в сумі дають величину сумарної деформації , яку розглядають як 100 %. Значення складових деформаційних характеристик визначають у відсотках та наносять фігуративну точку дослідної глинистої сировини (або керамічної маси) на потрійну діаграму (див. рис. 3.1). За положенням точки, що відповідає певному співвідношенню окремих видів деформацій, встановлюють структурно-механічний тип матеріалу та доцільність його додаткової пластифікації чи спіснення з метою використання при пластичному формуванні виробів [2].

Далі розрахунковим шляхом визначають додаткові характеристики: еластичність (за формулою 3.11), пластичність (за формулою 3.12), період дійсної релаксації (див. вираз 3.13 з урахуванням формули 3.7), період пружної післядії (див. вираз 3.14), умовну потужність деформації для секундного об’єму маси (за формулою 3.15). Результати досліджень оформлюють у вигляді таблиці (табл. 3.3).

Таблиця 3.3 – Деформаційні характеристики та структурно-механічні властивості дослідного матеріалу

Назва показника	Значення
СГС	СІ
Вологість маси, W		%		%
Умовно миттєвий модуль пружності, Е1·10–6		дин/см2		Па
Еластичний модуль, Е2·10–6		дин/см2		Па
Найбільша пластична в’язкість,η1·10–6		пз		Па·с
Умовна статистична границя текучості, ·10–4		дин/см2		Па
Еластичність, λ		–		–
Пластичність, ·106		c–1		c–1
Період дійсної релаксації, Θ1		c		c
Період пружної післядії, Θ2		c		c
Швидка еластична деформація,		%		%
Повільна еластична деформація,		%		%
Пластична деформація,		%		%
Умовна потужність деформації для секундного об’єму маси, Nε		ерг/с		кВт
Cтруктурно-механічний тип

Приклад графічних визначень та розрахунків наведено в Додатку 2.

Коефіцієнти для переводу значень до системи СІ подано у Додатку 3.

Запитання для самоконтролю

1. Чому вивчення деформаційних процесів пластичних сировинних матеріалів та керамічних мас є важливим?

2. Який критерій обрано для класифікації пластичних мас за структурно-механічним типом?

3. Який тип мас має переваги при пластичному формуванні? Чому?

4. При якій вологості матеріалу здійснюється експериментальне визначення його структурно-механічних властивостей?

5. Назвіть та охарактеризуйте основні види деформацій, що складають сумарну деформаційну поведінку матеріалу.

6. Наведіть алгоритм визначення структурно-механічного типу мас.

7. Назвіть деформаційні характеристики та константи, які підлягають визначенню та аналізу при дослідженні здатності глинистих матеріалів до пластичного формування?

Лабораторна робота 4

Поиск по сайту: