RU2060489C1 - Способ определения температуры хрупкости стали - Google Patents

Abstract

Область использования - в испытательной технике, при испытаниях на прочность. Сущность: определение температуры хрупкости изделия, прошедшего наработку в условиях различного вида воздействий. Отличием от известных решений определения температуры хрупкости является то, что дополнительно на изделии или образце из него определяют твердость, тип структуры стали и долю хрупкого межкристаллитного разрушения, а температуру хрупкости определяют по указанной в формуле изобретения зависимости.

Description

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения температуры хрупкости стали в стальных изделиях, подвергшихся воздействию различных эксплуатационных факторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения температуры хрупкости стали, по которому образцы с надрезом стали в исходном состоянии и образец стали из эксплуатировавшегося изделия испытывают на изгиб или растяжение при различных температурах, измеряют доли ямочной, хрупкой транскристаллитной и хрупкой межкристаллитной составляющих структуры излома образцов, устанавливают зависимость их от температуры испытания, определяют температуру хрупкости стали в исходном состоянии и по приросту доли межкристаллитной составляющей в изломе образцов до и после эксплуатации изделия определяют температуру хрупкости стали эксплуатировавшегося изделия.

Недостатком известного технического решения является то, что указанный способ позволяет определять температуру хрупкости только для сталей, подвергшихся в процессе эксплуатации воздействию повышенных температур.

Между тем стальные изделия эксплуатируют в условиях различного вида воздействий, а именно наводороживания, коррозионного растрескивания под напряжением, пластического деформирования при циклическом нагружении, старения, нейтронного облучения и иных видов воздействий, включая комбинированные.

В результате этих воздействий сталь в стальных изделиях изменяет такие механические свойства, как предел текучести и предел прочности, которые изменяют уровень температуры хрупкости матрицы стали в зависимости от сопротивления ее пластическому деформированию без влияния на состояние границ кристаллитов.

Для повышения точности определения температуры хрупкости стали необходимо проводить оценку вклада изменения структуры внутренних объемов зерен стали на сопротивление пластическому деформированию и соответственно вклад матрицы в величину температуры хрупкости.

Недостатком известного способа является и то, что он не вносит ограничения в отношении толщины исследуемого образца изделия, предполагая тем самым возможность вывода стального изделия из рабочего состояния на время проведения исследований.

Новым в предложенном способе является то, что после эксплуатации стального изделия на его образце определяют долю хрупкого межкристаллитного разрушения и дополнительно на этом же образце или на самом изделии определяют твердость и тип структуры стали, а с учетом результатов измерения определяют температуру хрупкости стали эксплуатировавшегося изделия по соответствующей расчетной формуле.

При этом для исследования используют вырезаемый из стального изделия образец, толщина которого не превышает 5% от толщины стенки изделия.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения температуры хрупкости стали и возможность проведения исследований без вывода изделия из рабочего состояния.

Способ осуществляет следующим образом. Сначала проводят испытания образцов стали, из которой изготовлено изделие.

Для определения температуры хрупкости стали в исходном состоянии проводят испытания образцов с надрезом на ударный изгиб или растяжение. На изломе образцов измеряют доли структурных составляющих поверхности разрушения: ямочную вязкую, хрупкие межкристаллитную f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{м}}$ и транскристаллитного скола f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{т}}$ . По результатам измерений устанавливают зависимость составляющих поверхности разрушения от температуры испытания.

Температуру, соответствующую переходу от ямочного вязкого разрушения к хрупкому межкристаллитному и транскристаллитному разрушению, принимают за температуру Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{к}}$ хрупкости стали в исходном состоянии. На исследуемых образцах или на изделии определяют твердость стали, характеризующую уровень прочностных ее свойств, выявляемых при растяжении образцов, а именно уровень предела текучести и предела прочности. Кроме того, на травленых шлифах исследуемых образцов или на самом стальном изделии определяют тип структуры, соотнеся ее к продуктам диффузионного или сдвигового превращения.

После этого на ударный изгиб или растяжение испытывают образец с надрезом, имеющий толщину не более 5% от толщины стенки изделия, и вырезанный из стального изделия, подвергшегося эксплуатации, и на нем также определяют хрупкую межкристаллитную f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{м}}$ и хрупкую транскристаллитную f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{т}}$ составляющую кристаллического излома, а также твердость и тип структуры стали.

Кроме того, в качестве характеристик структуры хрупкого излома этого образца измеряют размеры фасеток хрупкого межкристаллитного и транскристаллитного разрушения и по ним устанавливают характер разрушения межзеренный или межсубзеренный.

Если размер фасетки межкристаллитного разрушения меньше размера фасетки транскристаллитного скола, то имеет место межсубзеренное разрушение, в ином случае межзеренное.

Температуру Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{к}}$ хрупкости стали эксплуатировавшегося изделия вычисляют по формуле:
Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{к}}$ Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{к}}$ + Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{o}}{\text{кz}}$ + K_i(F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{м}}$ F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{м}}$ ) + K_j(H^э Н^и), где Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{к}}$ температура хрупкости стали в исходном состоянии;
И $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{o}}{\text{кz}}$ постоянная материала, зависящая от типа структуры, z 1, 2, а именно Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{о}}{\text{к1}}$ 10±2^оС для стали со структурой феррита и феррито-перлита, Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{о}}{\text{к2}}$ 20±2^оС для стали со структурой мартенсита и бейнита, в том числе, мартенсита и бейнита отпуска, и смешанной структурой, в которой присутствуют продукты сдвигового превращения;
K_i коэффициент пропорциональности, зависящий от вида межкристаллитного разрушения, i 1, 2, а именно К₁ 3,0±0,5^оС/% для межзеренного разрушения по границам бывших зерен аустенита в сталях, структура которых формируется по сдвиговому механизму превращения;
К₂ 1,24±0,14^оС/% для межсубзеренного разрушения в сталях, структура которых формируется по сдвиговому механизму превращения, и в сталях со структурой, возникшей по диффузионному механизму превращения;
F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{м}}$

и F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{м}}$

приведенная доля межкристаллитной составляющей стали в исходном состоянии и после эксплуатации соответственно;
К_j параметр, зависящий от способа измерения твердости, а именно по Виккерсу, Бринелю или Роквеллу, соответственно 1, 2 и 3, при этом К₁ 0,16±0,03^оС/МПа при измерении твердости по Виккерсу;
Н^и и Н^э твердость стали, измеренная по одному из способов по Виккерсу, Бринелю или Роквеллу, в исходном состоянии и после эксплуатации изделия соответственно.

П р и м е р. Определяют температуру хрупкости стали 09Г2С, ударному изгибу на маятниковом копире подвергают образцы типа Шарпи. Доли структурных составляющих излома для стали 09Г2С определяют на угольных репликах в электронном микроскопе.

В исходном состоянии для стали 09Г2С получено: Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{к}}$ -10^оС, f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{м}}$ 2,5% f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{т}}$ 97,0% F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{м}}$ 2,58% и твердость по Виккерсу Н^и 1530 МПа.

Эксплуатацию стального изделия проводят при температуре 420^оС в течение 1000 ч. Для эксплуатировавшегося стального изделия получено: f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{м}}$ 38,7% f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{т}}$ 59,9% F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{м}}$ 39,2% К₂ 1,24, Н^э 1650 МПа, К₁0,16^оС/МПа и соответственно определяемая Т $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{к}}$ 64,7^оС.

Claims (2)

1. Способ определения температуры хрупкости стали, заключающийся в том, что образцы стали с надрезом и образец стали из изделия, прошедшего эксплуатацию, нагружают при различных температурах, измеряют доли ямочной, хрупкой транскристаллитной и межкристаллитной составляющих структуры излома образцов, устанавливают зависимость их от температуры испытания, определяют температуру хрупкости стали в исходном состоянии и по приросту доли межкристаллитной составляющей в изломе образцов до и после эксплуатации изделия определяют температуру хрупкости стали эксплуатировавшегося изделия, отличающийся тем, что после эксплуатации изделия на образце из материала этого изделия определяют долю хрупкого межкристаллитного разрушения и дополнительно на этом же образце или на самом изделии определяют твердость и тип структуры стали, а температуру хрупкости стали изделия, прошедшего эксплуатацию, определяют по формуле

где T $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{к}}$ температура хрупкости стали после эксплуатации изделия;
T $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{b}}{\text{к}}$ температура хрупкости стали в исходном состоянии;

постоянная материала, зависящая от типа структуры;
K_i коэффициент пропорциональности, зависящий от вида хрупкого межкристаллитного разрушения;
F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{э}}{\text{m}}$ приведенная доля хрупкой межкристаллитной составляющей в изломе для стали в исходном состоянии;
F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{и}}{\text{m}}$ приведенная доля хрупкой межкристаллитной составляющей в изломах для стали в исходном состоянии;
K_j коэффициент пропорциональности, зависящий от способа измерения твердости;
H^э твердость стали, измеренная после эксплуатации изделия;
H^и твердость стали в исходном состоянии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что долю хрупкого межкристаллитного разрушения, твердость и тип структуры стали определяют на образце из материала изделия, прошедшего эксплуатацию, имеющем толщину, не превышающую 5% толщины стенки изделия.