Широко известны факты, когда затраченная на пластическое формоизменение металла работа приводит к существенным изменениям физико-механических свойств металла. В частности, благодаря упрочнению, вызванному пластической деформацией, изменению подвержен такой показатель, как твердость.
Следовательно, если выявить функциональную связь между величиной твердости в интересующей нас зоне и степенью деформации в этой же зоне, то по замерам твердости можно судить о стадии напряженно-деформированного состояния металла.
Согласно теории Г.Д. Деля распределение твердости однозначно определяет распределение напряжений и деформаций в образцах из стали конкретной марки независимо от схемы напряженного состояния.
Метод основан на изменении показателя твердости металла вследствие его пластической деформации. При выявлении зависимости между твердостью и интенсивностями напряжений и деформаций твердость определяют стандартными методами. Путем испытания образцов из исследуемого материала на растяжение и параллельных замеров твердости строят тарировочный график, связывающий интенсивность напряжений, твердость и интенсивность деформаций.
Г.Д. Дель рекомендует для определения значений твердости использовать метод Виккерса. Однако в тех случаях, когда на стабильность результатов практически не влияет упрочнение металла. вызванное вдавливанием индентора (площадь, на которой измеряют твердость, не ограничена), можно использовать и другие методы (Роквелла или Бринеляя). Для этого при испытании на растяжение замеры твердости производят не на одном образце, который обычно деформируют ступенчато с промежуточными разгрузками и измерением твердости (по методике Г.Д. Деля), а на серии из пяти - десяти образцов, отобранных от одной заготовки. Первый образец деформируют до разрыва с записью условной диаграммы растяжения. Нагружение остальных образцов осуществляют в диапазоне равномерного растяжения с определенным шагом. В процессе нагружения ЭВМ испытательного комплекса фиксирует условные и истинные напряжения и деформации. После растяжения каждого образца в трех точках замеряют твердость по Роквеллу и определяют среднее значение.
Измеряя затем твердость в различных зонах деформированного тела из данного исследованного материала, по тарировочному графику, являющемуся характеристикой материала, определяют распределение интенсивностей напряжений и, исходя из гипотезы о единой кривой течения металла, - соответствующее распределение интенсивностей деформаций.
Связи между
твердостью и интенсивностями напряжений и деформаций могут быть представлены в виде регрессионных зависимостей. Правильность выбранных уравнений проверяют анализом оценки дисперсий по критерию Фишера при соответствующих степенях свободы.
Известны методики определения компонентов, тензора напряжений. Например, для определения главных напряжений при плоском напряженном состоянии по определенной твердости и поперечной деформации ε3 можно использовать зависимость
Достоинствами этого метода являются:
- простота исследования;
- возможность исследования напряженно-деформированного состояния в объеме металла, не прибегая к предварительному его рассечению, что приводит к заведомым погрешностям. В этом случае образец после деформирования сошлифовывают на определенную величину и замеряют твердость, Погрешность определения твердости от операции сошлифовки крайне незначительна;
- возможность определения напряженно-деформированного состояния на натурных объектах, подвергшихся разрушению или работающих в определенных условиях, и таким образом установления причин разрушения или условий работы агрегата (детали).