RU2574233C1 - Sample for strength testing at heating by direct current passage - Google Patents
Sample for strength testing at heating by direct current passage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574233C1 RU2574233C1 RU2014143048/28A RU2014143048A RU2574233C1 RU 2574233 C1 RU2574233 C1 RU 2574233C1 RU 2014143048/28 A RU2014143048/28 A RU 2014143048/28A RU 2014143048 A RU2014143048 A RU 2014143048A RU 2574233 C1 RU2574233 C1 RU 2574233C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- length
- samples
- heating
- ratio
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 1
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к высокотемпературным испытаниям на прочность, и может быть использовано при исследовании свойств наплавленного металла, обладающего высокой твердостью на установках тепловой микроскопии.The invention relates to testing equipment, in particular to high-temperature strength tests, and can be used to study the properties of the deposited metal having high hardness in thermal microscopy plants.
Для изучения процессов деформации, разрушения и структурных изменений в металлах на установках тепловой микроскопии используются известные плоские образцы [1].Known flat samples are used to study the processes of deformation, fracture, and structural changes in metals at thermal microscopy units [1].
Практический опыт применения плоских образцов на установках тепловой микроскопии для исследования структуры и свойств наплавленного металла, обладающего высокой твердостью порядка 55-57 HRC в состоянии после наплавки, выявил ряд недостатков. Так, образцы, имеющие плоскую форму сечением 9 мм2 при длине рабочей части 46 мм, необходимо вырезать из наплавленного слоя абразивной или электроэрозионной резкой вдоль образующей цилиндра из наплавленного металла. Затем механической обработкой образцам придается необходимая форма. Процесс изготовления плоских образцов рекомендуемой формы длителен и трудоемок и не гарантирует попадание исследуемой зоны наплавленного металла в рабочую часть образца. На установках температурной микроскопии в дальнейшем имитируется термодеформационный цикл наплавки. Образцы при этом нагреваются в вакууме до 1200°С прямым пропусканием тока. При таком способе нагрева не обеспечивается требуемая равномерность нагрева рабочей части образца из-за значительного теплоотвода тепла в захватные части образца, что отрицательно сказывается на точности измерения усилий и напряжений.The practical experience of using flat samples in thermal microscopy installations to study the structure and properties of the deposited metal, which has a high hardness of about 55-57 HRC in the post-weld state, has revealed a number of disadvantages. So, samples having a flat shape with a cross section of 9 mm 2 with a working part length of 46 mm must be cut from the deposited layer by abrasive or EDM cutting along the generatrix of the weld metal cylinder. Then, by machining, the samples are given the necessary shape. The manufacturing process of flat samples of the recommended shape is time-consuming and laborious and does not guarantee that the studied zone of the deposited metal gets into the working part of the sample. At temperature microscopy installations, the thermal deformation cycle of surfacing is further simulated. In this case, the samples are heated in vacuum to 1200 ° C by direct transmission of current. With this heating method, the required uniformity of heating of the working part of the sample is not ensured due to the significant heat removal of heat to the capture parts of the sample, which negatively affects the accuracy of measuring forces and stresses.
Известен, выбранный в качестве прототипа [2] образец для испытаний на прочность при нагреве прямым пропусканием тока, выполненный в виде стержневой рабочей части и захватных частей, с целью повышения точности путем создания равномерности распределение температуры, рабочая и захватные части выполнены из разнородных материалов, удельные сопротивления которых выбирают из соотношения Рз/Рр≥1,2 где pз и pp - удельные электросопротивления захватных и рабочей частей соответственно, а захватные части выполнены коническими.Known, selected as a prototype [2], a specimen for testing the strength during heating by direct current flow, made in the form of a rod working part and gripping parts, in order to improve accuracy by creating uniformity in temperature distribution, the working and gripping parts are made of dissimilar materials, specific the resistances of which are selected from the ratio P s / P p ≥ 1.2, where p s and p p are the electrical resistivity of the gripping and working parts, respectively, and the gripping parts are conical.
Использование данных образцов для исследования свойств наплавленного металла на установках тепловой микроскопии выявил их недостатки:The use of these samples to study the properties of deposited metal in thermal microscopy installations revealed their disadvantages:
- неравномерность распределения температуры по длине испытуемого образца;- uneven temperature distribution along the length of the test sample;
- недостаточная точность высокотемпературных испытаний на прочность и вязкость;- insufficient accuracy of high temperature strength and viscosity tests;
- невозможность определения характеристик жаропрочности при выборе материала захватных частей только с учетом их удельного сопротивления;- the inability to determine the characteristics of heat resistance when choosing the material of the gripping parts only taking into account their specific resistance;
- невозможность регулирования скорости нагрева и охлаждения образцов за счет изменения длины и материала захватных частей;- the inability to control the heating and cooling rates of the samples due to changes in the length and material of the gripping parts;
- высокая стоимость изготовления образцов из наплавленного металла, обладающего высокой твердостью.- the high cost of manufacturing samples of weld metal with high hardness.
Техническими результатами изобретения являются:The technical results of the invention are:
- повышение точности высокотемпературных испытаний на прочность и вязкость путем создания равномерности распределения температуры по длине испытуемого образца;- improving the accuracy of high temperature strength and viscosity tests by creating a uniform temperature distribution along the length of the test sample;
- возможность определения характеристик жаропрочности при испытаниях наплавленного металла;- the ability to determine the characteristics of heat resistance during testing of weld metal;
- возможность регулирования скорости нагрева и охлаждения образцов за счет изменения длины и материала захватных частей;- the ability to control the heating and cooling rates of samples by changing the length and material of the gripping parts;
- снижение стоимости изготовления образцов из наплавленного металла, обладающего высокой твердостью за счет упрощения формы испытуемого образца.- reducing the cost of manufacturing samples of weld metal having high hardness due to the simplification of the shape of the test sample.
Для этого в образце для испытаний на прочность при нагреве прямым пропусканием тока, выполненном в виде стержневой рабочей части и конических захватных частей из разнородных материалов, удельные сопротивления которых выбраны из соотношения рз/рр≥1.2 где рз и рp - удельные электросопротивления захватных и рабочей частей соответственно, согласно изобретению, длина рабочей и захватных частей выбирается из соотношения Lз/Lp=(0,5-:-1,5), а материал захватных частей - из металла с большей жаропрочностью, чем материал рабочей части образца (из соотношения жаропрочность металла захватных частей к жаропрочности рабочего металла больше 1).To do this, in the test specimen for strength tests by direct current transmission, made in the form of a rod working part and conical gripping parts made of dissimilar materials, the resistivities of which are selected from the ratio p s / p p ≥ 1.2 where p s and p p are the electrical resistivity gripping and working parts, respectively, according to the invention, the length of the working and gripping parts is selected from the ratio L s / L p = (0.5 -: - 1.5), and the material of the gripping parts is made of metal with greater heat resistance than the material of the working part sample (from elations heat resistance metal gripping parts for operating the heat resistance of the metal is greater than 1).
Заявляемые пределы длины захватных частей и рабочей части образца, а также материал захватных частей подобраны эмпирическим путем, исходя из условий обеспечения равномерности нагрева по длине образца, обеспечения требуемой скорости нагрева и охлаждения исследуемого металла, а также с учетом их жаропрочности.The declared limits of the length of the gripping parts and the working part of the sample, as well as the material of the gripping parts are selected empirically, based on the conditions for ensuring uniform heating along the length of the sample, ensuring the required heating and cooling rate of the metal under study, and also taking into account their heat resistance.
На чертеже представлен биметаллический сварной образец.The drawing shows a bimetallic welded sample.
Образец выполнен в виде стержневой рабочей части 1 и конических захватных частей 2 из разнородных материалов.The sample is made in the form of a rod working part 1 and conical gripping parts 2 of dissimilar materials.
Длина рабочей и захватных частей предлагаемого образца выбирается из соотношения Lз/Lp=(0,5-:-1,5), что обеспечивает требуемую равномерность нагрева по длине образца, скорость нагрева и охлаждения исследуемого металла. При этом короткие захватные части (Lз/Lp<0,5) не обеспечивают требуемую равномерность нагрева по длине образца и снижают скорость нагрева и охлаждения. Более длинные захватные части (Lз/Lp>1,5) приводят к перегреву исследуемого образца и высокой скорости нагрева и охлаждения, так как при протекании тока одинаковой плотности по образцу, имеющему разную длину рабочей и захватных частей происходит увеличение тепловыделения на захватных частях, имеющих большую длину и наоборот. Размеры рабочего участка и материал захватных частей выбирают, исходя из условия отсутствия перепада температуры по длине стержня.The length of the working and gripping parts of the proposed sample is selected from the ratio L s / L p = (0.5 -: - 1.5), which ensures the required uniformity of heating along the length of the sample, the rate of heating and cooling of the studied metal. In this case, the short gripping parts (L s / Lp <0.5) do not provide the required uniformity of heating along the length of the sample and reduce the heating and cooling rate. Longer gripping parts (L s / L p > 1.5) lead to overheating of the test sample and a high heating and cooling rate, since when a current of the same density flows through the sample having different lengths of the working and gripping parts, the heat release on the gripping parts increases having a large length and vice versa. The dimensions of the working section and the material of the gripping parts are selected based on the condition that there is no temperature difference along the length of the rod.
При выборе материала захватных частей только с учетом удельного сопротивления, например, при изготовлении их из титановых сплавов с удельным сопротивлением 140-150 мк Ом. см, но обладающих меньшей жаропрочностью, чем исследуемые быстрорежущие стали высокой твердости, разрушение происходит по захватным частям, что не позволяет исследовать прочностные характеристики испытуемого металла.When choosing the material of the gripping parts only taking into account the specific resistance, for example, when manufacturing them from titanium alloys with a specific resistance of 140-150 microns Ohm. cm, but having lower heat resistance than the investigated high-speed steels of high hardness, the destruction occurs along the gripping parts, which does not allow to study the strength characteristics of the test metal.
По описанной выше методике проводили исследования теплостойкого металла высокой твердости. Заготовки для образцов для исследований получили плазменной наплавкой порошковой проволокой ПП-9Х4В18Ю, обеспечивающей состав наплавленного металла типа стали Ρ18. Твердость наплавленного металла после наплавки 55-57 HRC, после отпуска 62-65 HRC. Из наплавленного металла изготавливали образцы для высокотемпературных исследований, рекомендуемые для установок типа ИМАШ согласно прототипа, и образцы, изготовленные по предлагаемой схеме. Рабочие стержни изготавливали из исследуемого материала сечением 3×3 мм, с различной длиной 10, 15 и 20 мм, при общей длине образца 74 мм. Захваты длиной 10 и 15 мм изготавливали из сплава повышенной жаропрочности ХН60 ВТ, имеющего удельное электросопротивление при 20°С 120 мк Ом см. и титанового сплава ВТ6 с удельным электросопротивлением при 20°С 160 мк Ом см. (прототип). Стержни и захваты соединяли контактной сваркой сопротивлением. К образцам для контроля температуры и ее распределением приваривали термопары. По длине образцов контролировали температуру, При этом оценивали перепад температуры по длине образцов на участке 15 мм, что соответствовало длине стержня из исследуемого образца. Затем образцы нагревали до температуры 873 и 1273 К (600 и 1000°С) и определили предел текучести при повышенной температуре σт (Т°), МПа. В процессе испытаний контролировали также удлинение рабочей части по величине перемещения захватов. Образцы доводили до разрушения.The method described above was used to study heat-resistant metal of high hardness. Blanks for samples for research were obtained by plasma surfacing with flux-cored wire PP-9X4V18YU, providing the composition of the deposited metal such as steel Ρ18. The hardness of the deposited metal after surfacing is 55-57 HRC, after tempering 62-65 HRC. Samples for high-temperature studies, recommended for installations of IMASH type according to the prototype, and samples made according to the proposed scheme were made from deposited metal. The working rods were made of the studied material with a section of 3 × 3 mm, with various lengths of 10, 15, and 20 mm, with a total length of the sample 74 mm. Grips 10 and 15 mm long were made of high-temperature alloy KhN60 VT having a specific electrical resistance at 20 ° C of 120 μm cm and a titanium alloy VT6 with a specific electrical resistance at 20 ° C of 160 μm see (prototype). The rods and grips were connected by resistance resistance welding. Thermocouples were welded to samples to control temperature and its distribution. The temperature was controlled by the length of the samples. In this case, the temperature difference was estimated along the length of the samples over a 15 mm section, which corresponded to the length of the rod from the test sample. The samples were then heated to a temperature of 873 and 1273 K (600 to 1000 ° C) and determined the yield stress at elevated temperature, σ m (T °), MPa. During the tests, the elongation of the working part was also controlled by the magnitude of the movement of the grippers. Samples were brought to failure.
Результаты сравнительных испытаний показали, что в исследуемой зоне сварного образца обеспечивается равномерный нагрев по всей длине рабочей части в пределах 1°С, что повышает точность измерения предела текучести при повышенной температуре σт (Т°), МПа. При использовании захватных частей из титанового сплава, имеющего σт (Т°), МПа=170(600) определение соответствующих характеристик исследуемого быстрорежущего наплавленного металла с σт (Т°), МПа=340(1000) оказалось невозможным из-за преждевременного разрушения захватных частей. Использование захватных частей из сплава повышенной жаропрочности ХН60ВТ, имеющего предел текучести при повышенной температуре σт (Т°), МПа=250 (900) позволяет исследовать характеристики наплавленного металла до более высоких температур (900°С), чем при применении захватных частей из титанового сплава (600°С).The results of comparative tests showed that in the studied zone of the welded sample uniform heating is provided along the entire length of the working part within 1 ° C, which increases the accuracy of measuring the yield strength at elevated temperature σ t (T ° ) , MPa. When using the gripping parts of the titanium alloy having a σ m (T °), MPa = 170 (600) determining relevant characteristics of the test the fast-deposited metal with σ r (T °), MPa = 340 (1000) proved to be impossible due to premature failure gripping parts. The use of gripping parts made of KhN60VT alloy with increased heat resistance, having a yield strength at elevated temperature σ t (T ° ) , MPa = 250 (900) allows us to study the characteristics of the deposited metal to higher temperatures (900 ° C) than when using gripping parts made of titanium alloy (600 ° C).
Исследовались 6 вариантов конструкции образцов 1 - прототип с захватами из титанового сплава ВТ6; 2 - образец с захватами из жаропрочного сплава ХН60ВТ и нижним пределом заявляемого соотношения длин захватных и рабочей части образца; 3 - образец с захватами из жаропрочного сплава ХН60ВТ и средним соотношением длин захватных и рабочей части образца; 4 - образец с захватами из жаропрочного сплава ХН60ВТ и верхним пределом заявляемого соотношения длин захватных и рабочей части образца; 5 - нижнее заграничное соотношение; 6 - верхнее заграничное соотношение.We investigated 6 design options for samples 1 — a prototype with grips made of VT6 titanium alloy; 2 - a sample with grips made of heat-resistant alloy ХН60ВТ and the lower limit of the claimed ratio of the lengths of the gripping and working parts of the sample; 3 - a sample with grips made of heat-resistant alloy ХН60ВТ and an average ratio of the lengths of the gripping and working parts of the sample; 4 - sample with grips of heat-resistant alloy XH60BT and the upper limit of the claimed ratio of the lengths of the gripping and working parts of the sample; 5 - lower foreign ratio; 6 - upper foreign ratio.
Влияние изменения химического состава образца и соотношения его длин на исследуемые свойства наплавленного металла приведено в таблице.The influence of changes in the chemical composition of the sample and the ratio of its lengths on the studied properties of the deposited metal is shown in the table.
Использование заявляемой конструкции образца по сравнению с базовой конструкцией (прототип) позволяет:Using the inventive design of the sample in comparison with the basic design (prototype) allows you to:
1. Повысить точность высокотемпературных испытаний на прочность и вязкость путем создания равномерности распределения температуры по длине испытуемого образца;1. To increase the accuracy of high-temperature strength and viscosity tests by creating a uniform temperature distribution along the length of the test sample;
2. Позволяет определить характеристики жаропрочности при испытаниях наплавленного металла;2. Allows you to determine the characteristics of heat resistance during testing of weld metal;
3. Позволяет регулировать скорости нагрева и охлаждения образцов за счет изменения длины и материала захватных частей;3. Allows you to adjust the heating and cooling rates of samples by changing the length and material of the gripping parts;
4. Снижает стоимость изготовления образцов из наплавленного металла, обладающего высокой твердостью за счет упрощения формы испытуемого образца.4. Reduces the cost of manufacturing samples of deposited metal having high hardness due to the simplification of the shape of the test sample.
Список источников информацииList of sources of information
1. Герасимова Л.П. Контроль качества сварных и паяных соединений: справочное издание / Л.П. Герасимова. - М.: Интермет Инжиниринг, 2007. - с.311.1. Gerasimova L.P. Quality control of welded and soldered joints: reference publication / L.P. Gerasimova. - M .: Intermet Engineering, 2007 .-- p.311.
2. А.С. №1670491. кл. G01N 3/18 Образец для испытаний на прочность при нагреве прямым пропусканием тока / Н.Н. Малушин, А.М. Росс, Н.С. Зубков. - опубл. 15.08.91. Бюл. №30.2. A.S. No. 1670491. class G01N 3/18 Specimen for testing the strength during heating by direct current transmission / N.N. Malushin, A.M. Ross, N.S. Zubkov. - publ. 08/15/91. Bull. No. 30.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2574233C1 true RU2574233C1 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793615C1 (en) * | 2022-03-15 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Method for determining the magnetic field distribution |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU700803A1 (en) * | 1978-05-04 | 1979-11-30 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Specimen for investigating strength of materials |
| SU1188582A1 (en) * | 1983-04-08 | 1985-10-30 | Предприятие П/Я Ю-9877 | Method of determining thermal resistance of infusible materials |
| SU1670491A1 (en) * | 1989-09-07 | 1991-08-15 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Strength test specimen directly heated by electric current |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU700803A1 (en) * | 1978-05-04 | 1979-11-30 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Specimen for investigating strength of materials |
| SU1188582A1 (en) * | 1983-04-08 | 1985-10-30 | Предприятие П/Я Ю-9877 | Method of determining thermal resistance of infusible materials |
| SU1670491A1 (en) * | 1989-09-07 | 1991-08-15 | Сибирский металлургический институт им.Серго Орджоникидзе | Strength test specimen directly heated by electric current |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2793615C1 (en) * | 2022-03-15 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Method for determining the magnetic field distribution |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Torries et al. | Utilization of a microstructure sensitive fatigue model for additively manufactured Ti-6Al-4V | |
| Feng et al. | Effects of post-weld heat treatment on microstructure and mechanical properties of friction stir welded joints of 2219-O aluminium alloy | |
| Chamanfar et al. | Modeling grain size and strain rate in linear friction welded waspaloy | |
| Shi et al. | Experimental investigations on creep rupture strength and failure mechanism of vacuum brazed joints of a DS superalloy at elevated temperature | |
| RU2574233C1 (en) | Sample for strength testing at heating by direct current passage | |
| Lancaster et al. | Application of small punch test methods to advanced manufactured structures | |
| Aval et al. | Effect of welding parameters on microstructure, mechanical properties and residual stress fields of friction stir welds on AA5086 | |
| Al-Mukhtar et al. | Cracking phenomenon in spot welded joints of austenitic stainless steel | |
| Malushin et al. | Improvement of Research Procedures into the Highly Rigid Welded Metal Using Thermal Microscopy Facilities | |
| Khorunov et al. | Effect of nickel and manganese on structure of Ag–Cu–Zn–Sn system alloys and strength of brazed joints | |
| Solek et al. | Characterization of thixoforming process of 100Cr6 steel | |
| Khan et al. | Understanding the dissimilar friction stir welding through force and temperature evolution | |
| Skumavc et al. | Tungsten heavy alloy as a filler metal for repair welding of dies for high pressure die casting | |
| Hurst et al. | A renaissance in Small Punch testing at Swansea University | |
| Macedo et al. | Influence of the Interpass Welding Temperature on Microstructure and Corrosion Resistance of Superduplex Stainless Steel SAF 2507 | |
| Chernikov et al. | Numerical simulation and microstructure analysis of friction stir welded Al 6082 | |
| Espinel-Hernández et al. | Influence of zinc coating on nugget development and mechanical properties in dissimilar welded joints DP600-AISI304 obtained by the RSW process | |
| Santos et al. | Thermographic and microstructural analysis of martensitic stainless steel ASTM A743 CA6NM arising out of layered GMA welding process using AWS 410 NiMo welding wire | |
| Fahad et al. | Investigation of MIG welding process parameters on welding defects and hardness of low carbon steel weld joints | |
| Ju et al. | The residual stress after high frequency induction welding with complex shapes WC-Co alloy and steel | |
| UDUEHIABHULIMEN | Evaluation of the hardness and microstructure of a tungsten inert gas weld of a mild steel pipe joint | |
| أبوبكر محمد حمير et al. | TEM Image Analysis of Fracture Surfaces of P91 Steel and Comparison with Mechanical Properties | |
| Torun | Microstructure and mechanical properties of friction welded iron aluminides | |
| Ryabtsev et al. | Effect of high-temperature thermal cycling on deposited metal of the type of heat-resistant die steels | |
| Kocurek et al. | Evaluation of susceptibility to hot cracking of Inconel 617 nickel alloy welds in Transvarestraint test |