RU2621373C1 - Способ определения составляющих ударной вязкости металла при испытании на ударный изгиб - Google Patents

Способ определения составляющих ударной вязкости металла при испытании на ударный изгиб Download PDF

Info

Publication number
RU2621373C1
RU2621373C1 RU2016123916A RU2016123916A RU2621373C1 RU 2621373 C1 RU2621373 C1 RU 2621373C1 RU 2016123916 A RU2016123916 A RU 2016123916A RU 2016123916 A RU2016123916 A RU 2016123916A RU 2621373 C1 RU2621373 C1 RU 2621373C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
work
crack
samples
impact
propagation
Prior art date
Application number
RU2016123916A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Борисович Максимов
Игорь Петрович Шевченко
Михаил Владимирович Гуляев
Ирина Сергеевна Ерохина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Керченский государственный морской технологический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Керченский государственный морской технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Керченский государственный морской технологический университет"
Priority to RU2016123916A priority Critical patent/RU2621373C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2621373C1 publication Critical patent/RU2621373C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Изобретение относится к определению механических свойств металла, а именно к способам разделения ударной вязкости на работу зарождения и работу распространения трещины при испытании на ударный изгиб, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и других отраслях народного хозяйства. Сущность: осуществляют определение работы разрушения образца (А) при постоянной температуре. Испытывают два образца с одинаковыми концентраторами напряжения и различными размерами поперечного сечения в месте надреза, а работу зарождения и работу распространения трещины соответственно для первого (АЗ1 и Ap1) и для второго (АЗ2 и Аp2) образцов рассчитывают по формулам:
АЗ1=а 1⋅α; АЗ2=а 2⋅α;
APl=a 1⋅H1⋅β; АР2=а 2⋅Н2⋅β,
где α - удельная работа зарождения трещины в образцах данного материала;
β - удельная работа распространения трещины для данного материала рассчитываются из системы уравнений
Figure 00000018
где А1 и А2 - работа удара для первого и второго образцов,
a 1, Н1 и a 2, H2 - размеры сечения первого и второго образцов в месте надреза.
Технический результат: расширение технологических возможностей способа разделения работы удара на работу зарождения и распространения трещины. 1 табл., 3 ил.

Description

Изобретение относится к определению механических свойств металла, а именно к способам разделения ударной вязкости на работу зарождения и работу распространения трещины при испытании на ударный изгиб, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и других отраслях народного хозяйства.
Для испытания металла на ударную вязкость используются стандартные образцы в соответствии ГОСТ 9454-78 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. Испытания проводят на маятниковом копре, например МК-30 (запас работы удара составляет 300 Дж). Ударная вязкость определяется работой разрушения образца при испытании на ударный изгиб.
Процесс разрушения металла, в частности, при испытании на ударный изгиб состоит из зарождения и распространения трещины. Работа (А), затраченная на разрушение образца металла, складывается из работы зарождения трещины (Аз) и работы ее распространения (Ар) по образцу.
Величины работы зарождения и работы распространения трещины являются важными характеристиками, определяющими служебные свойства металла и влияющими на долговечность конструкции. Поэтому разделение работы удара при испытании на ударную вязкость является важной и актуальной проблемой металловедения.
Существует ряд способов разделения работы удара на работу зарождения и работу распространения трещины.
По способу Отани [1] используется стандартный образец при испытании на ударную вязкость. Испытание проводится на маятниковом копре. В результате заранее проведенных испытаний на образцах подбирают такую работу маятника, при которой только образуется трещина. Эта работа принимается за работу зарождения трещины. Затем образец с трещиной помещают в специальный красящий раствор, например CuSO4, для осаждения на поверхностях трещины красящего осадка. Второй (окончательный) удар определяет работу распространения трещины. На образцах, разрушенных при испытании, видна окрашенная поверхность разрушения. Выбирают тот образец, где длина предварительно нанесенной трещины наименьшая. Работу первого удара на этом образце принимают за работу зарождения трещины, а работу второго удара - за работу распространения трещины. Недостатками метода Отани являются наличие предварительного удара и соответственно с этим подбор соответствующей работы, необходимой только для образования трещины, наличие окрашивающего раствора, субъективное определение длины окрашенной области. Для получения результата необходимо использовать несколько образцов.
Указанные недостатки способа Отани снижают точность определения работ зарождения и развития трещины. Кроме того, для этого способа температура испытания должна быть не ниже минус 30°C [2].
Известен способ разложения ударной вязкости на работу зарождения и развития трещины по Лифшицу-Рахманову [3-5]. Образцы исследуемого материала при одинаковом сечении под надрезом нагружают до разрушения изгибающим ударом, определяют для каждого образца поглощенную энергию и работу зарождения трещины. Находят зависимость поглощенной энергии от работы зарождения трещины, а работу развития трещины определяют экстраполяцией данной зависимости на значение, соответствующее нулю работы зарождения трещины.
По способу Б.А. Дроздовского [6] испытывают образцы с V-образным надрезом с заранее образованной с помощью вибратора усталостной трещиной. Считается, что при разрушении образца вся работа динамического удара расходуется на распространение трещины. При таком испытании определяется работа распространения трещины. Работа зарождения трещины подсчитывается как разность между работой разрушения при изгибе на образце без усталостной трещины и работой ее распространения.
Недостатками способа Дроздовского являются:
- образование трещины осуществляется путем циклического нагружения, которое может изменить исходные свойства материала;
- субъективный выбор длины трещины, которая принимается за зародышевую.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ разделения ударной вязкости на работу зарождения и распространения трещины по Гуляеву А.П. [7].
Суть способа состоит в следующем. Подготавливают две группы стандартных образцов одинакового поперечного сечения и длины на ударную вязкость.
Первая группа образцов с U-образным концентратором напряжений радиуса R=1 мм (тип 1, ГОСТ 9454-78) и вторую группу образцов с V-образным концентратором напряжений с радиусом R=0,25 мм (тип 11, ГОСТ 9454-78). Образцы первой и второй групп испытывают на ударный изгиб при одинаковой температуре и определяют работу разрушения при U-образном и V-образном концентраторах напряжений. Затем графическим построением определяют зависимость работы удара от радиуса концентратора напряжений. На фиг. 2 представлена схема указанной зависимости. Экстраполируя полученную зависимость при R=0, получим значение работы удара, которая принимается за работу распространения трещины (Ар). Затем, вычитая из работы разрушения образца (А) значение работы распространения трещины при U-образном (надрезе) концентраторе напряжений ,находим работу зарождения трещины (Аз):
Figure 00000001
Основными недостатками прототипа являются следующие:
- принимается, что работа образования трещины не зависит от вида концентратора напряжения. Это допущение является приближенным, так как не учитывает различие схем напряженно-деформированного состояния в месте концентратора напряжений (надрезе). При U-образном и V-образном надрезах схемы напряженно-деформированного состояния различные [2];
- графическая экстраполяция определения работы распространения трещины имеет субъективную и объективную погрешность. Наличие субъективной составляющей погрешности при графической экстраполяции искажает получаемый результат;
- работа образования трещины определяется не независимо, а из полученных ранее данных: работы удара и работы распространения трещины в соответствии с формулой (1).
Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа разделения работы удара на работу зарождения и распространения трещины.
Поставленная задача решена следующим образом.
Из нужного материала изготавливают образцы для испытания на ударный изгиб с одинаковыми концентраторами напряжения, но с разными площадями поперечного сечения в месте концентратора напряжений. Размеры площади сечения соответствуют стандартным размерам (по ГОСТ 9454-78).
Площадь поперечного сечения первого образца (фиг. 1а) в месте концентратора напряжений (надреза) составляет S1=a 1⋅H1. Для второго образца - S2=а2⋅H2 (фиг. 1б), где a и H - соответственно ширина и высота образца в месте надреза. При испытании на ударный изгиб работа разрушения первого образца составляет A1, а для второго образца составляет A2. Работу разрушения образца представляем как сумму работ зарождения (Аз) и распространения трещины (Ар):
Figure 00000002
Тогда для первого образца можно записать:
Figure 00000003
Для второго образца партии:
Figure 00000004
Работа зарождения трещины зависит от качества материала и длины стороны, по которой производится удар ножа маятникого копра (фиг. 1, размер «a»), может быть представлена как:
Figure 00000005
где α - удельная энергия образования трещины [Дж/м].
Тогда работа зарождения трещины будет равна:
- для первого образца:
Figure 00000006
- для второго образца:
Figure 00000007
Работа распространения трещины зависит от качества материала и от площади, проходимой трещиной через образец (фиг. 1, размеры «a» и «H»), может быть представлена так:
Figure 00000008
где β - удельная энергия распространения трещины [Дж/м2].
Тогда работа распространения трещины будет равна:
- для первого образца:
Figure 00000009
- для второго образца:
Figure 00000010
С учетом формул (5) и (8) работа, затраченная при разрушении i-го образца, будет равна:
Figure 00000011
Соответственно для первого и второго образцов имеем:
Figure 00000012
Figure 00000013
Решая совместно систему из уравнений (12) и (13):
Figure 00000014
получаем значения α и β.
Работы зарождения и распространения трещин для первого и второго образцов вычисляем соответственно по формулам (6, 7) и (9, 10).
Пример конкретного выполнения.
Из листовой стали марки A32 толщиной 10 мм изготовляли образцы для испытания на ударный изгиб. Размеры сечения образцов в месте надреза составляли (ширина × высота): 6×6 мм; 8×9 мм. Все образцы имели U-образный концентратор напряжения (надрез). Образцы испытывали на ударный изгиб на маятниковом копре МК-30 с определением работы разрушения образца при температуре минус 40°C. По результатам испытаний составляли систему алгебраических уравнений с учетом уравнения (11)
Figure 00000015
Решая эту систему уравнений, определяем значения удельной энергии образования трещины (α) и удельной энергии распространения трещины (β). Исходные данные и вычисленные значения работ зарождения и распространения трещины приведены в таблице. Относительная погрешность определения работ зарождения и распространения трещины не превышает 3,5%.
Figure 00000016
Для сравнения было проведено определение работ образования и распространения трещины по прототипу (способ Гуляева А.П.). Были изготовлены из того же материала, что и по предлагаемому способу, две партии образцов стандартного размера с U-образным концентратором напряжения, где радиус надреза R=1,0 мм, и V-образным надрезом, где радиус надреза R=0,25 мм. Испытания на ударный изгиб проводили на том же копре М-30 при температуре минус 40°C. По полученным значениям работы удара строили зависимость работы удара от радиуса надреза (фиг. 3). При экстраполяции при R=0 получено, что работа удара в этом случае будет 120 МДж. Это значение в соответствии со способом Гуляева А.П., принято за работу распространения трещины. Работа образования трещины вычисляется как разность работы удара образца с U-образным концентратором напряжения (170 МДж) и работы распространения трещины (120 МДж). Таким образом, работа зарождения трещины равна 50 МДж. Различие результатов по прототипу и предлагаемому способу составляет не более 10%.
Преимуществами предлагаемого способа являются:
- отсутствие субъективных оценок технологического процесса испытания образцов. Все параметры а, H, A измеряются объективно: размеры сечения - измерительным инструментом с определенной погрешностью; работа удара - по измерительному механизму маятникового копра;
- значения работ образования и распространения трещины являются независимыми между собой величинами и определяются только по работе удара из системы уравнений (14);
- применение аналитического метода расчета работ образования и распространения трещины вместо графического метода, как по прототипу, повышает точность измерения этих величин;
- для испытаний применяются образцы с одинаковыми концентраторами напряжений (U-образный или V-образный), поэтому образование трещины происходит при одной схеме напряженно-деформированного состояния;
- при испытании используются образцы с разными размерами площади поперечного сечения, что позволяет оценить значения работ образования и распространения трещины на листовом прокате разной толщины. Это расширяет технологические возможности способа.
Список использованной литературы
1. Отани М. Исследование чувствительности сварных соединений к надрезу при динамических испытаниях двойным ударом / М. Отани // Тэцудо гидзюцу кэпкю сирё. - 1957. - Т. 14, №11 - С. 503-529.
2. Пашков Ю.И. К вопросу оценки трещиностойкости труб по ударной вязкости и пробе ДWTT / Ю.И. Пашков, М.А. Иванов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2014. - Т. 14, №4 - С. 52-58.
3. Лифшиц Л.С. Об определении ударной вязкости при низких температурах и склонности металла к зарождению и развитию трещин / Л.С. Лифшиц, А.С. Рахманов // Заводская лаборатория. - 1953. - №2 - С. 51-54.
4. А.С. СССР. Лифшиц Л.С., Рахманов А.С. Об определении ударной вязкости материала. №1559267. Опуб. 23.04.90. Бюл. №15.
5. Бакши О.А. Метод определения составляющих ударной вязкости / О.А Бакши, А.Н Моносиков, А.Г Кукин // Заводская лаборатория. 1969. - №5 - С. 615-619.
6. Дроздовский Б.А. О применении статического изгиба образцов с надрезом для количественной оценки кристалличности в изломе стали / Б.А. Дроздовский // Заводская лаборатория. - 1946. - №4 - С. 489-499.
7. Горицкий В.М. Диагностика металлов. Металлургиздат. 2004. 408 с.

Claims (8)

  1. Способ определения составляющих ударной вязкости материала при испытании на ударный изгиб, включающий определение работы разрушения образца (А) при постоянной температуре, отличающийся тем, что испытывают два образца с одинаковыми концентраторами напряжения и различными размерами поперечного сечения в месте надреза, а работу зарождения и работу распространения трещины соответственно для первого (АЗ1 и Ap1) и для второго (АЗ2 и Аp2) образцов рассчитывают по формулам
  2. АЗ1=а 1⋅α; АЗ2=а 2⋅α;
  3. APl=a 1⋅H1⋅β; АР2=а 2⋅Н2⋅β,
  4. где α - удельная работа зарождения трещины в образцах данного материала;
  5. β - удельная работа распространения трещины для данного материала рассчитываются из системы уравнений
  6. Figure 00000017
  7. где А1 и А2 - работа удара для первого и второго образцов,
  8. a 1, Н1 и a 2, H2 - размеры сечения первого и второго образцов в месте надреза.
RU2016123916A 2016-06-15 2016-06-15 Способ определения составляющих ударной вязкости металла при испытании на ударный изгиб RU2621373C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123916A RU2621373C1 (ru) 2016-06-15 2016-06-15 Способ определения составляющих ударной вязкости металла при испытании на ударный изгиб

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123916A RU2621373C1 (ru) 2016-06-15 2016-06-15 Способ определения составляющих ударной вязкости металла при испытании на ударный изгиб

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2621373C1 true RU2621373C1 (ru) 2017-06-02

Family

ID=59032363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016123916A RU2621373C1 (ru) 2016-06-15 2016-06-15 Способ определения составляющих ударной вязкости металла при испытании на ударный изгиб

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2621373C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113552009A (zh) * 2021-06-24 2021-10-26 首钢集团有限公司 一种高强钢边部缺陷敏感性的评价方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1516848A1 (ru) * 1986-04-02 1989-10-23 Производственное объединение "Уралмаш" Способ определени составл ющих ударной в зкости металла
SU1647350A1 (ru) * 1988-10-10 1991-05-07 Институт проблем материаловедения АН УССР Способ определени механических свойств стали и сплавов
RU2169357C2 (ru) * 1998-11-05 2001-06-20 Тюрин Валерий Александрович Способ определения пластической составляющей деформации при хрупком разрушении в испытаниях на ударный изгиб
US20040040369A1 (en) * 2002-03-12 2004-03-04 Hoo Fatt Michelle S. Tensile impact apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1516848A1 (ru) * 1986-04-02 1989-10-23 Производственное объединение "Уралмаш" Способ определени составл ющих ударной в зкости металла
SU1647350A1 (ru) * 1988-10-10 1991-05-07 Институт проблем материаловедения АН УССР Способ определени механических свойств стали и сплавов
RU2169357C2 (ru) * 1998-11-05 2001-06-20 Тюрин Валерий Александрович Способ определения пластической составляющей деформации при хрупком разрушении в испытаниях на ударный изгиб
US20040040369A1 (en) * 2002-03-12 2004-03-04 Hoo Fatt Michelle S. Tensile impact apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113552009A (zh) * 2021-06-24 2021-10-26 首钢集团有限公司 一种高强钢边部缺陷敏感性的评价方法
CN113552009B (zh) * 2021-06-24 2024-05-10 首钢集团有限公司 一种高强钢边部缺陷敏感性的评价方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mathar Determination of initial stresses by measuring the deformations around drilled holes
Brnic et al. Analysis of experimental data on the behavior of steel S275JR–Reliability of modern design
SAXENA A model for predicting the effect of frequency on fatigue crack growth behavior at elevated temperature
Singh et al. Crack initiation and growth behaviour of circumferentially cracked pipes under cyclic and monotonic loading
Van Minnebruggen et al. Evaluation and comparison of double clip gauge method and delta 5 method for CTOD measurement in SE (T) specimens
Coughlin et al. Fatigue testing and analysis of aluminum welds under in-service highway bridge loading conditions
RU2621373C1 (ru) Способ определения составляющих ударной вязкости металла при испытании на ударный изгиб
Ravi et al. Modeling of non-proportional multiaxial fatigue under synchronous and asynchronous sinusoidal loading conditions
Kuzsella et al. Nil-strength temperature and hot tensile tests on S960QL high-strength low-alloy steel
Naib et al. Crack driving force prediction in heterogeneous welds using Vickers hardness maps and hardness transfer functions
Formisano et al. Leeb hardness experimental tests on carpentry steels: Surface treatment effect and empirical correlation with strength
Valiente et al. New testing method for assessing the cracking sensibility of stressed tendon rods in aggressive environments
RU2543673C2 (ru) Способ определения механических свойств металлов
Kondryakov et al. Peculiarities of the crack initiation and propagation in different specimen types
Novak Effect of prior uniform plastic strain on the KISCC of high-strength steels in sea water
RU2570237C1 (ru) Способ определения вязкости металлических материалов
Mahler et al. Approach for determining fracture mechanical properties from tests on small size specimens at room temperature
Schmiedt et al. Influence of condensate corrosion on tensile and fatigue properties of brazed stainless steel joints AISI 304L/BNi‐2 for automotive exhaust systems: Einfluss von Kondensatkorrosion auf die Zug‐und Ermüdungseigenschaften der Edelstahllötverbindungen 1.4307/Ni 620 für Automobilabgassysteme
Arroyo et al. Using small punch tests in environment under static load for fracture toughness estimation in hydrogen embrittlement
Almamoori et al. A novel approach to multiaxial fatigue life prediction using the critical plane and phase difference angle
Beskopylny et al. Diagnostics of steel structures with the dynamic non-destructive method
RU2646548C1 (ru) Способ определения вязкости металлических материалов
RU2354957C1 (ru) Способ оценки склонности к коррозионному растрескиванию сплавов
RU2598972C1 (ru) Способ оценки физико-механических свойств высоковязких листовых конструкционных сталей
Palkovic et al. Nondestructive evaluation for yield strength and toughness of steel pipelines

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180616

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190418