RU2498263C1 - Способ обнаружения в металле микротрещин - Google Patents
Способ обнаружения в металле микротрещин Download PDFInfo
- Publication number
- RU2498263C1 RU2498263C1 RU2012121458/28A RU2012121458A RU2498263C1 RU 2498263 C1 RU2498263 C1 RU 2498263C1 RU 2012121458/28 A RU2012121458/28 A RU 2012121458/28A RU 2012121458 A RU2012121458 A RU 2012121458A RU 2498263 C1 RU2498263 C1 RU 2498263C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- microhardness
- indenter
- values
- value
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к способу обнаружения в металле конструкции микротрещин, в том числе в процессе ее эксплуатации. Сущность: на подготовленную поверхность образца из металла, аналогичного металлу исследуемой конструкции, в трех различных зонах воздействуют индентором в форме пирамиды, осуществляя в каждой серии не менее 50 вдавливаний с величиной нагрузки, при которой отпечаток индентора по размерам не превосходит размеры зерна металла, и с шагом перемещения индентора, обеспечивающим исключение воздействия деформационных полей предыдущего вдавливания на последующее. Определяют распределение значений микротвердости, из которого определяют минимальное значение микротвердости, которое принимается как базовое минимальное значение для данного металла. Аналогично выполняют замеры микротвердости на рассматриваемом участке исследуемой конструкции из того же металла. По результатам измерений определяют распределение значений микротвердости, которое сравнивают с полученным базовым минимальным значением микротвердости. Более низкие значения микротвердости в металле исследуемой конструкции по сравнению с базовым минимальным значением микротвердости свидетельствуют о наличии микротрещин на участке исследуемой конструкции. Технический результат: повышение эффективности оценки технического состояния металла конструкции и прогнозирование ее эксплуатационной надежности. 2 ил.
Description
Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности, к способу обнаружения в металле конструкции микротрещин, в том числе в процессе ее эксплуатации.
Для обеспечения требуемого уровня безопасности при эксплуатации различных металлических конструкций необходимо достоверное определение технического состояния металла конструкции.
В процессе изготовления металлических конструкций, а также в процессе их эксплуатации в металле может происходить накопление поврежденности, вызываемое протеканием пластической деформации, воздействием нестационарных нагрузок и другими процессами. Накопление металлом поврежденности сильно сказывается на изменении эксплуатационных характеристик металла, и в результате может привести к разрушению конструкции под действием проектных нагрузок.
В стадийности процесса накопления металлом конструкции поврежденности ключевым моментом является образование в металле микротрещин, поскольку с этого момента остаточный ресурс конструкции будет определяться процессом развития микротрещин. Кроме того, возникновение микротрещин вызывает резкое снижение эксплуатационных характеристик металла.
Для обнаружения трещиноподобных дефектов неразрушающим способом известен ряд методов неразрушающего контроля: ультразвуковой (ГОСТ 23667-85), вихретоковый (ГОСТ 26697-85), магнитопорошковый (ГОСТ 21105-87) и др. Недостаток данных методов заключается в том, что их чувствительность позволяет обнаруживать трещиноподобные дефекты размером от ≈1 мм в глубину и более, что является уже относительно поздней стадией развития трещины.
Известен метод акустико-эмиссионной диагностики (ГОСТ Р 52727-2007 «Национальный стандарт РФ. Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика»), при котором регистрируют переменное поле упругих напряжений от развивающихся дефектов (в том числе на уровне структуры). Недостатком данного метода является сложность обработки и интерпретации получаемых результатов, кроме того, для регистрации сигналов акустической эмиссии необходимо обязательное нагружение конструкции.
Известен способ обнаружения усталостных микротрещин, который заключается в нанесении на конструкцию металлической пленки (например алюминиевой). По образованию локальных темных зон на поверхности пленки (или по нарушению сплошности пленки) после нагружения фиксируют появление в исследуемом металле микротрещин (RU 2390753 C1, G01N 3/32, 27.05.2010). Недостатками данного метода являются необходимость наличия пленки на конструкции в течение всего срока ее эксплуатации, а также необходимость применения специального увеличительного оборудования для идентификации полученных результатов.
Известен способ определения циклической прочности металла конструкций, который заключается в циклическом нагружении локальной области металла с помощью индентора и одновременном намагничивании и измерении намагниченности в зоне воздействия индентора (RU 2122721 C1, G01N 3/32, 27.11.1998). В процессе испытания регистрируют зависимость «усилие вдавливания - намагниченность», по изменению которой оценивают степень повреждения металла. Недостатком данного способа является то, что величина намагниченности металла является индикатором, реагирующим на накопление металлом поврежденности, и не может зафиксировать момент образования в металле микротрещин.
Известен способ определения поврежденности объекта, в котором для определения накопленной металлом поврежденности используется метод определения значений микротвердости и обработка получаемого распределения с помощью аналитических зависимостей (RU 2315971 C1, G01N 3/42, 27.01.2008). Данный способ принят за наиболее близкий аналог изобретения. Недостатком данного метода является отсутствие физической интерпретации получаемых коэффициентов поврежденности металла и невозможность определения реального технического состояния металла (в частности наличие или отсутствие микротрещин).
Задачей изобретения является создание неразрушающего способа качественной оценки наличия в металле конструкции (в конкретной наиболее нагруженной зоне) микротрещин размером порядка диаметра зерна металла и более, в том числе в процессе эксплуатации конструкции.
Для этого в способе обнаружения в металле конструкции микротрещин, включающем воздействие на участок конструкции индентором с заданными нагрузкой и шагом и определение микротвердости металла, сначала на подготовленную поверхность образца из металла, аналогичного металлу исследуемой конструкции, по крайней мере, в трех различных зонах воздействуют индентором в форме пирамиды, осуществляя в каждой серии замеров не менее 50 вдавливаний с величиной нагрузки, при которой отпечаток индентора по размерам не превосходит размеры зерна металла, и с шагом перемещения индентора, обеспечивающим исключение воздействия деформационных полей предыдущего вдавливания на последующее, определяют распределение значений микротвердости, из которого определяют минимальное значение микротвердости, которое принимается как базовое минимальное значение для данного металла, затем аналогично выполняют замеры микротвердости на рассматриваемом участке исследуемой конструкции из того же металла, по результатам измерений определяют распределение значений микротвердости, которое сравнивают с полученным базовым минимальным значением микротвердости, при этом более низкие значения микротвердости в металле исследуемой конструкции по сравнению с базовым минимальным значением микротвердости свидетельствуют о наличии микротрещин на участке исследуемой конструкции.
На фиг.1 представлены сводные гистограммы распределения базовых значений микротвердости металла и распределения микротвердости в металле после первичного нагружения, на фиг.2 - сводные гистограммы распределения базовых значений микротвердости металла и распределения микротвердости в металле после повторного нагружения.
Технология способа состоит в следующем.
Перед проведением комплекса замеров микротвердости, поверхность должна быть отполирована до шероховатости не выше Ra=1 мкм, для того, чтобы минимизировать влияние поверхностных неровностей на результаты измерений.
На первом этапе определяется базовое распределение значений микротвердости исследуемого металла, для чего на подготовленную зону металла воздействуют индентором (не менее 50 вдавливаний) с заданными нагрузкой и шагом. Форма индентора должна представлять собой пирамиду, поскольку благодаря такой форме индентор, попадая в микротрещину, будет проваливаться в нее, вызывая тем самым резкое снижение значений микротвердости. Усилие вдавливание выбирается исходя из структуры и свойств исследуемого металла, таким образом, чтобы отпечаток индентора по размерам не превосходил размеры зерна металла (к примеру для ферритоперлитных низколегированных сталей рекомендованное усилие вдавливания - 10÷50 г). Шаг перемещения индентора должен быть таким, чтобы исключить воздействие деформационных полей предыдущего вдавливания на последующее.
Для получения более достоверного распределения значений микротвердости, комплексы замеров выполняют не менее чем в трех различных зонах металла.
После выполнения комплексов замеров, определяют распределение значений микротвердости, из которого находят минимальное значение микротвердости, которое принимается как базовое минимальное значение для данного металла.
Затем аналогично выполняют замеры микротвердости на рассматриваемом участке исследуемой конструкции из того же металла. По результатам измерений определяют распределение значений микротвердости.
На заключительной стадии производится сравнение полученных значений микротвердости в металле исследуемой конструкции с базовым минимальным значением микротвердости для данного металла. В случае, если в металле конструкции обнаруживаются значения микротвердости, которые более чем на 10% ниже базового минимального значения микротвердости, то данный факт свидетельствует о наличии микротрещин в исследуемой зоне металла конструкции. Падение значений микротвердости менее чем на 10% относительно базового минимального значения может быть вызвано как наличием микротрещин на участке исследуемой конструкции, так и возможным разбросом свойств исследуемого металла.
Пример.
На листе из стали Ст3сп5 (ГОСТ 14637-89, σв=466 МПа, σт=311 МПа, δ=10 мм) были выбраны три зоны для определения базового минимального значения микротвердости. Подготовка поверхности выбранных зон включала в себя полировку до шероховатости Ra=0,5 мкм.
Для определения значений микротвердости использовался микротвердомер ПМТ-3М1. Вдавливания производились индентором в виде алмазной пирамидки с усилием в 25 г. Шаг перемещения индентора был выбран в 0,03 мм. В каждой зоне производилось по 100 вдавливаний.
Из полученного базового распределения значений микротвердости было найдено минимальное значение микротвердости, равное 102 кгс/мм2, которое было принято как базовое минимальное значение микротвердости для данного материала.
Затем, из рассматриваемого листа был вырезан образец для проведения усталостных испытаний с размерами рабочей части: ширина - 80 мм, длина - 180 мм, толщина - 10 мм.
Испытания включали в себя усталостное нагружение образца с параметрами σmax=250 МПа, σmin=0 МПа в течение 10000 циклов. После испытаний в рабочей части образца была выбрана зона для измерения значений микротвердости. Подготовка поверхности и методика проведения замеров были аналогичны тем, которые применялись для получения базового распределения значений микротвердости.
Полученное распределение значений микротвердости сравнивалось с базовым минимальным значением микротвердости.
Сводная гистограмма распределения базовых значений микротвердости металла и распределения микротвердости металла образца после нагружения приведена на фиг.1.
Результаты сравнения показали, что значения микротвердости металла образца после нагружения выше, чем базовое минимальное значение микротвердости, что свидетельствует о том, что эволюция дислокационной структуры в процессе нагружения металла не привела к зарождению в нем микротрещин.
В связи с этим, исследуемый образец был повторно нагружен с параметрами σmax=250 МПа, σmin=0 МПа в течение 40000 циклов. После нагружения образца в его рабочей части был повторно произведен комплекс замеров микротвердости. Сводная гистограмма распределения базовых значений микротвердости и распределения микротвердости после повторного нагружения приведено на фиг.2.
Результаты сравнения показали, что после повторного нагружения образца в его металле появился массив значительно более низких значений микротвердости в сравнении с базовым минимальным значением, что свидетельствует о наличии микротрещин в металле после повторного нагружения.
Для проверки корректности предложенного критерия наличия в металле микротрещин (снижение значений микротвердости металла после нагружения по сравнению с базовым минимальным значением микротвердости), были проведены металлографические исследования, включающие электронную микроскопию и рентгеноструктурный анализ металла образца после первичного и повторного нагружения, которые подтвердили наличие микротрещин размером порядка 15-20 мкм в металле образца после повторного нагружения, и отсутствие микротрещин в металле образца после его первичного нагружения.
Технический результат заключается в создании способа оперативной неразрушающей диагностики конструкции, с помощью которого появляется возможность не только оценивать накопление металлом поврежденности, но и фиксировать наличие в металле конструкции микротрещин, что позволит существенно повысить эффективность оценки технического состояния металла конструкции и прогнозирования ее эксплуатационной надежности.
Claims (1)
- Способ обнаружения в металле конструкции микротрещин, включающий воздействие на участок конструкции индентором с заданными нагрузкой и шагом и определение микротвердости металла, отличающийся тем, что сначала на подготовленную поверхность образца из металла, аналогичного металлу исследуемой конструкции, по крайней мере, в трех различных зонах воздействуют индентором в форме пирамиды, осуществляя в каждой серии не менее 50 вдавливаний с величиной нагрузки, при которой отпечаток индентора по размерам не превосходит размеры зерна металла, и с шагом перемещения индентора, обеспечивающим исключение воздействия деформационных полей предыдущего вдавливания на последующее, определяют распределение значений микротвердости, из которого определяют минимальное значение микротвердости, которое принимается как базовое минимальное значение для данного металла, затем аналогично выполняют замеры микротвердости на рассматриваемом участке исследуемой конструкции из того же металла, по результатам измерений определяют распределение значений микротвердости, которое сравнивают с полученным базовым минимальным значением микротвердости, при этом более низкие значения микротвердости в металле исследуемой конструкции по сравнению с базовым минимальным значением микротвердости свидетельствуют о наличии микротрещин на участке исследуемой конструкции.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012121458/28A RU2498263C1 (ru) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | Способ обнаружения в металле микротрещин |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012121458/28A RU2498263C1 (ru) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | Способ обнаружения в металле микротрещин |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2498263C1 true RU2498263C1 (ru) | 2013-11-10 |
Family
ID=49683261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012121458/28A RU2498263C1 (ru) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | Способ обнаружения в металле микротрещин |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2498263C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724584C1 (ru) * | 2020-01-29 | 2020-06-25 | Александр Евгеньевич Зорин | Способ неразрушающей оценки структурного состояния металла с использованием микроиндентирования |
| CN113916148A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-01-11 | 浙江师范大学 | 一种硅酸盐玻璃压痕裂纹深度的检测方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990010857A1 (en) * | 1989-03-15 | 1990-09-20 | Haggag Fahmy M | Field indentation microprobe for structural integrity evaluation |
| RU2128330C1 (ru) * | 1997-01-08 | 1999-03-27 | Беленький Дмитрий Михалевич | Способ определения технологических и эксплуатационных свойств материалов и устройство для его осуществления |
| RU2231040C2 (ru) * | 2001-12-06 | 2004-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им акад. Е.И.Забабахина" | Способ оценки микротвердости |
| RU2315971C1 (ru) * | 2006-09-22 | 2008-01-27 | Евгений Евгеньевич Зорин | Способ определения поврежденности объекта |
-
2012
- 2012-05-25 RU RU2012121458/28A patent/RU2498263C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990010857A1 (en) * | 1989-03-15 | 1990-09-20 | Haggag Fahmy M | Field indentation microprobe for structural integrity evaluation |
| RU2128330C1 (ru) * | 1997-01-08 | 1999-03-27 | Беленький Дмитрий Михалевич | Способ определения технологических и эксплуатационных свойств материалов и устройство для его осуществления |
| RU2231040C2 (ru) * | 2001-12-06 | 2004-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им акад. Е.И.Забабахина" | Способ оценки микротвердости |
| RU2315971C1 (ru) * | 2006-09-22 | 2008-01-27 | Евгений Евгеньевич Зорин | Способ определения поврежденности объекта |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724584C1 (ru) * | 2020-01-29 | 2020-06-25 | Александр Евгеньевич Зорин | Способ неразрушающей оценки структурного состояния металла с использованием микроиндентирования |
| CN113916148A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-01-11 | 浙江师范大学 | 一种硅酸盐玻璃压痕裂纹深度的检测方法 |
| CN113916148B (zh) * | 2021-11-09 | 2023-05-16 | 浙江师范大学 | 一种硅酸盐玻璃压痕裂纹深度的检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dong et al. | Monitoring reinforcement corrosion and corrosion-induced cracking by X-ray microcomputed tomography method | |
| Nosov | On the principles of optimizing the technologies of acoustic-emission strength control of industrial objects | |
| JP6156873B2 (ja) | 転がり疲労き裂進展試験方法及び転がり疲労寿命予測方法 | |
| CN110031281B (zh) | 一种确定钢材种类的方法 | |
| RU2498263C1 (ru) | Способ обнаружения в металле микротрещин | |
| RU2536783C1 (ru) | Способ определения ресурса металла трубопроводов | |
| RU2545321C1 (ru) | Способ неразрушающей оценки критических изменений технического состояния металла | |
| Habibalahi et al. | Forward to residual stress measurement by using pulsed eddy current technique | |
| CA3004218A1 (en) | X-ray based fatigue inspection of downhole component | |
| RU2724584C1 (ru) | Способ неразрушающей оценки структурного состояния металла с использованием микроиндентирования | |
| Shrama et al. | Detection of cracking in mild steel fatigue specimens using acoustic emission and digital image correlation | |
| Simmers Jr et al. | Detection of corrosion using piezoelectric impedance-based structural health monitoring | |
| Shrama et al. | Fatigue crack monitoring in mild steel specimens using acoustic emission and digital image correlation | |
| Rentala et al. | NDE reliability using laboratory induced natural fatigue cracks | |
| Arifin et al. | Evaluating the contraction value of ferromagnetic material at early fatigue loading stage using magnetic flux leakage signature | |
| RU2386962C1 (ru) | Способ магнитной диагностики лопаток турбомашин из никелевых сплавов | |
| Shell et al. | Correlation of residual fatigue life with quantified NDE measurements | |
| RU2207530C1 (ru) | Способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния | |
| RU2750683C1 (ru) | Способ определения механических характеристик высокоэнергетических материалов | |
| RU2754438C1 (ru) | Способ определения параметров поверхностных трещин, глубин и углов наклона, в металлах и сплавах | |
| RU2386963C1 (ru) | Способ магнитной диагностики лопаток турбомашин из легированных сталей | |
| Singh et al. | Eddy current measurement system evaluation for corrosion depth determination on cast aluminum aircraft structure | |
| RU2810152C1 (ru) | Способ определения адгезионной прочности тонких напряженных покрытий на изделии | |
| Sadowski et al. | Description of Measurement Methods and Parameters Useful in the Study of the Level of Adhesion of Layered Systems Made of Cement Composites | |
| Habibalahi et al. | Application of Pulsed Eddy Current Technique in Stress and Residual Stress Measurement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150526 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160627 |