RU2715903C1 - Method of identifying metals - Google Patents

Method of identifying metals Download PDF

Info

Publication number
RU2715903C1
RU2715903C1 RU2019111029A RU2019111029A RU2715903C1 RU 2715903 C1 RU2715903 C1 RU 2715903C1 RU 2019111029 A RU2019111029 A RU 2019111029A RU 2019111029 A RU2019111029 A RU 2019111029A RU 2715903 C1 RU2715903 C1 RU 2715903C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloys
metals
gost
destruction
alloy
Prior art date
Application number
RU2019111029A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Сериков
Валерий Васильевич Савин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта)
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта)
Priority to RU2019111029A priority Critical patent/RU2715903C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2715903C1 publication Critical patent/RU2715903C1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Abstract

FIELD: test technology.SUBSTANCE: invention relates to the field of materials science and fracture mechanics, where for metals and their alloys, a combining principle of comparison of operational characteristics in the process of deformation up to destruction at a given rate of deformations and test temperature is formulated. Essence: performing flat and round specimen axial expansion until destruction. Identification of metals and alloys is carried out when comparing a set of seven physical and mechanical parameters: ultimate strength, yield point, elongation, dynamic viscosity coefficient, specific energy of destruction at a given rate of deformation and temperature obtained during mechanical tests.EFFECT: possibility to unify existing variety of standard technical documentation (GOST, ASTM, DIN) for impact viscosity and crack resistance into single standard, without limitation on wall thickness of test specimen.1 cl, 5 tbl

Description

Изобретение относится к области материаловедения и механике разрушения, где для металлов и их сплавов сформулирован объединяющий принцип эксплуатационных характеристик, полученных при деформации вплоть до разрушения при заданной скорости деформаций и температуре испытаний. По-существу, изобретение посвящено расшифровке «генома» металлов и их сплавов относительно эксплуатационной надежности по параметрам деформации под воздействием эксплуатационных нагрузок и с определенной энергией разрушения [1].The invention relates to the field of materials science and fracture mechanics, where a unifying principle of operational characteristics obtained during deformation up to failure at a given strain rate and test temperature is formulated for metals and their alloys. Essentially, the invention is devoted to deciphering the “genome” of metals and their alloys with respect to operational reliability by deformation parameters under the influence of operational loads and with a certain fracture energy [1].

На сегодня известна нормативно-техническая документация (ГОСТ, ТУ, OCT, DIN, ASTM), которая регламентирует эксплуатационные требования к металлам и их сплавам, а также к изделиям из них.Today, the regulatory and technical documentation is known (GOST, TU, OCT, DIN, ASTM), which regulates the operational requirements for metals and their alloys, as well as for products from them.

Если при определении механических свойств конкретного металла есть последовательность, регламентированная ГОСТ 1497-84, ГОСТ 10006-80, тогда как по оценке параметра ударной вязкости металла (ГОСТ 9454-78) и характеристики трещиностойкости металла (ГОСТ 25.506-85) имеет место большой субъективный фактор. Как и при изготовлении образцов с прецизионными размерами надреза или нанесенной усталостной трещиной. Это касается и международных стандартов по трещиностойкости IS012135, ASTME1290, ASTME1737.If in determining the mechanical properties of a particular metal there is a sequence regulated by GOST 1497-84, GOST 10006-80, while according to the assessment of the impact strength of the metal (GOST 9454-78) and the fracture toughness of the metal (GOST 25.506-85), there is a large subjective factor . As in the manufacture of specimens with precision notch dimensions or applied fatigue crack. This also applies to international standards for crack resistance IS012135, ASTME1290, ASTME1737.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, является способ определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении до разрушения плоских или круглых образцов (ГОСТ 25.506-85). Здесь определяют значения коэффициентов интенсивности, работу пластической деформации и разрушения при испытании образцов с предварительно нанесенной усталостной трещиной. Недостатки этого метода: достаточно многочисленные условия корректности при изготовлении и определении характеристик, что существенно усложняет сам способ. При этом имеем ограничение на толщину образца (не менее 1 мм), что сужает применение метода, например, на трубы, лист, проволоку толщиной до 1 мм, широко применяется в авиационной и атомной промышленности (см. ГОСТ 14162-79, ГОСТ 10498-82, ГОСТ 22897-86, ГОСТ 9941-81, ТУ 14-3-501-79 …).Closest to the technical nature of the present invention, is a method for determining the characteristics of crack resistance (fracture toughness) under static loading to fracture of flat or round samples (GOST 25.506-85). Here, the intensity coefficients, the work of plastic deformation and fracture are determined when testing samples with a previously applied fatigue crack. The disadvantages of this method are the rather numerous conditions of correctness in the manufacture and determination of characteristics, which significantly complicates the method itself. At the same time, we have a restriction on the sample thickness (at least 1 mm), which narrows the application of the method, for example, to pipes, sheet, wire up to 1 mm thick, and is widely used in the aviation and nuclear industries (see GOST 14162-79, GOST 10498- 82, GOST 22897-86, GOST 9941-81, TU 14-3-501-79 ...).

Целью изобретения является разработка способа идентификации металлов и их сплавов и определение эксплуатационной надежности, после определения его механических свойств при одноосном растяжении плоских или круглых стандартных образцов без надреза до разрушения. Стандартные испытания на растяжение образцов без надреза регламентируются ГОСТ1497-84, ГОСТ 10006-80.The aim of the invention is to develop a method for identifying metals and their alloys and determining operational reliability, after determining its mechanical properties during uniaxial tension of flat or round standard specimens without incision to failure. Standard tensile tests of specimens without incision are regulated by GOST1497-84, GOST 10006-80.

Поставленная цель достигается тем, что идентификацию металлов и определение эксплуатационной надежности осуществляют по совокупности семи физико-механических параметров: предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, коэффициент динамической вязкости, удельная энергия разрушения при заданной скорости деформаций и температуре испытаний.This goal is achieved in that the identification of metals and the determination of operational reliability are carried out by a combination of seven physical and mechanical parameters: tensile strength, yield strength, elongation, dynamic viscosity coefficient, specific fracture energy at a given strain rate and test temperature.

Для идентификации металлов и сплавов в зависимости от формы предоставленных образцов неизвестного материала выполняют испытания на одноосное растяжение вплоть до разрушения, определяя, согласно ГОСТ 1497-84, ГОСТ 10006-80, механические характеристики: предел прочности (σb), предел текучести (σ02), относительное удлинение (δ5). Для проволоки пользуются ГОСТ 10446-80. Для элементов конструкций испытания могут быть проведены при температуре и скоростях деформаций отличной от предписанной ГОСТом. По результатам испытаний рассчитываются коэффициент динамической вязкости и удельная энергия разрушения. Формируется «геном» металла неизвестного образца в обозначениях, соответственно (σb, σ02, δ5, μ, A*,

Figure 00000001
, Т), по которому идентифицируется металл или сплав и его эксплуатационная надежность.To identify metals and alloys, depending on the shape of the provided samples of unknown material, uniaxial tensile tests are carried out up to fracture, determining, according to GOST 1497-84, GOST 10006-80, mechanical characteristics: tensile strength (σ b ), yield strength (σ 02 ), elongation (δ 5 ). For wire use GOST 10446-80. For structural elements, tests can be carried out at a temperature and strain rate different from that prescribed by GOST. Based on the test results, the dynamic viscosity coefficient and specific fracture energy are calculated. It is formed by the metal “genome” of an unknown sample in the notation, respectively (σ b , σ 02 , δ 5 , μ, A * ,
Figure 00000001
, T), which identifies the metal or alloy and its operational reliability.

Заявленный способ позволит инженеру - конструктору, технологу не только определить геном металла или сплава, но и достаточно эффективно выбрать для конкретной конструкции или технологического процесса необходимый металл или сплав, отвечающий прогнозируемым эксплуатационным характеристикам. По определению, эксплуатационная надежность металла оценивается по совокупности названных семи параметров. При этом, чем выше значения μ, А*, тем выше эксплуатационная надежность. Это следует из физической сущности параметров μ, А*, где μ - есть характеристика внутреннего трения при деформировании металла и называется динамическим коэффициентом вязкости; параметр А* - есть удельная работа образования трещины численно равная удельной энергии разрушения при заданной скорости деформаций и температуры испытаний. Отсюда, чем выше значения параметров μ и А*, как следствие, металл и его сплав обладает высокой степенью трещиностойкости.The claimed method will allow an engineer - constructor, technologist not only to determine the genome of a metal or alloy, but also rather efficiently select the necessary metal or alloy for a specific design or process that meets the predicted performance characteristics. By definition, the operational reliability of a metal is assessed by the totality of these seven parameters. Moreover, the higher the values of μ, A * , the higher the operational reliability. This follows from the physical essence of the parameters μ, A * , where μ is the characteristic of internal friction during metal deformation and is called the dynamic coefficient of viscosity; parameter A * - is the specific work of crack formation numerically equal to the specific fracture energy at a given strain rate and test temperature. Hence, the higher the values of the parameters μ and A * , as a result, the metal and its alloy has a high degree of crack resistance.

В качестве примера идентификации металлов и их сплавов и определения эксплуатационной надежности в системе координат семи названных параметров рассмотрим данные, полученные согласно ГОСТ 1497-84 для плоского образца неизвестного титанового сплава. При формировании «генома» образца неизвестного металла получили (987 МПа; 1040 МПа; 0,19; μ; А*; 0,25⋅10-2 1/с; +20°С).As an example of identifying metals and their alloys and determining operational reliability in the coordinate system of the seven named parameters, we consider the data obtained according to GOST 1497-84 for a flat sample of an unknown titanium alloy. When forming the "genome" of a sample of an unknown metal, they obtained (987 MPa; 1040 MPa; 0.19; μ; A * ; 0.25 0,210 -2 1 / s; + 20 ° С).

В работе [3] проведены фундаментальные исследования по термической обработке плоского проката и отжига титанового высокопрочного сплава Т110. Обозначим римскими цифрами технологические схемы воздействия на образцы сплава Т110:I - после горячего проката; II - отжиг 750°С, 1 ч., возд.; III - отжиг 800°С, 1 ч., охлаждение с печью; IV - отжиг 850°С, 1 ч., возд.; V - отжиг 850°С, 0,5 ч., охлаждение с печью до 750°С - 2 ч., возд.; VI - вакуумный отжиг 850°С, 1 ч.; VII - отжиг 870°С, 0,5 ч., охлаждение с печью +380°С, 8 ч. +570°С - 2 ч., возд.In [3], fundamental research was conducted on the heat treatment of flat products and annealing of titanium high-strength alloy T110. Let us denote by Roman numerals the technological schemes for influencing the samples of the T110 alloy: I - after hot rolling; II - annealing 750 ° С, 1 h, air .; III - annealing at 800 ° С, 1 h, cooling with a furnace; IV - annealing 850 ° С, 1 h, air .; V - annealing of 850 ° C, 0.5 hours, cooling with a furnace to 750 ° C - 2 hours, air .; VI - vacuum annealing of 850 ° C, 1 hour; VII - annealing at 870 ° С, 0.5 hours, cooling with a furnace + 380 ° С, 8 hours + 570 ° С - 2 hours, air

В табл. 1 сведены данные механических свойств и ударной вязкости Ак (KCV) листового сплава Т110 [3], в зависимости от технологических режимов I- VII, полученные при растяжении плоских образцов до разрушения, согласно ГОСТ 1497-84, включая значения ударной вязкости Ак (KCV), полученные согласно ГОСТ 9454-78 при температуре испытания +20°С.In the table. 1 summarizes the data of the mechanical properties and impact strength A to (KCV) of the T110 alloy sheet [3], depending on the technological regimes I-VII, obtained by stretching flat samples to failure, according to GOST 1497-84, including the impact strength And to ( KCV) obtained according to GOST 9454-78 at a test temperature of + 20 ° C.

Для определения параметров μ, А*, необходимо воспользоваться формулами при растяжении плоских образцов до разрушения из патента РФ №2543673; БИ №7, 2015 г.:To determine the parameters μ, A * , it is necessary to use the formulas when tensile flat samples to failure from the RF patent No. 2543673; BI No. 7, 2015:

Figure 00000002
Figure 00000002

где с - скорость продольных волн в металле; Е - модуль Юнга.where c is the velocity of longitudinal waves in the metal; E is Young's modulus.

Так как, согласно ГОСТ 1497-84, движение траверсы испытательной машины регламентируется скоростью деформации

Figure 00000001
=0,25⋅10-2 1/с и принимая справочные данные для титана [4]: с=3260 м/с, Е=103 ГПа, также данные из табл. 1 относительно σb, σ02, δ5 получим численные значения по формулам (1) для коэффициента динамической вязкости μ и удельной энергии разрушения А*, которые приведены в табл. 1.Since, according to GOST 1497-84, the movement of the traverse of the testing machine is regulated by the strain rate
Figure 00000001
= 0.25⋅10 -2 1 / s and taking reference data for titanium [4]: s = 3260 m / s, E = 103 GPa, also data from the table. 1 with respect to σ b , σ 02 , δ 5, we obtain numerical values by formulas (1) for the dynamic viscosity coefficient μ and specific fracture energy A * , which are given in table. 1.

Из количественного сравнения данных μ, А* табл. 1 однозначно следует преимущество трех типов термообработки: IV, VI, VII. Особенно ступенчатый тип VII, гарантирующий высокие эксплуатационные свойства титанового сплава Т110. Отсюда оптимальный «геном» сплава Т110 относительно эксплуатационной надежности, имеет вид (1150 МПа; 1060 МПа; 0,20; 18 ГПа⋅с; 90,6 ГДж/м2; 0,25⋅10-2 1/с; +20°С). Что нельзя сделать аналогичный вывод по данным табл. 1 относительно значений ударной вязкости Ак, полученной при испытании образцов с острым надрезом, согласно ГОСТ 9454-78. Здесь также отметим, что метод испытаний на ударный изгиб ограничен толщиной образца 8 мм (см. ГОСТ 9454-78).From a quantitative comparison of the data μ, A * tab. 1 clearly follows the advantage of three types of heat treatment: IV, VI, VII. Especially step type VII, guaranteeing high performance properties of the titanium alloy T110. Hence the optimal “genome” of the T110 alloy with respect to operational reliability, has the form (1150 MPa; 1060 MPa; 0.20; 18 GPa⋅s; 90.6 GJ / m 2 ; 0.25⋅10 -2 1 / s; +20 ° C). That it is impossible to draw a similar conclusion according to the table. 1 relative to the values of impact strength And to obtained by testing samples with a sharp notch, according to GOST 9454-78. Here we also note that the test method for impact bending is limited by a sample thickness of 8 mm (see GOST 9454-78).

Уточним «геном» образца неизвестного металла получили (987 МПа; 1065 МПа; 0,19; 15,6 ГПа⋅с; 69,4 ГДж/м2; 0,25⋅10-2 1/с; +20°С). Сравнивая полученные данные с данными таблицы 1, учитывая определенную погрешность измерений, делаем вывод, что был исследован образец титанового сплава Т110, который подвергался вакуумному отжигу при 850°С в течение часа. Сравнивая с геномом сплава с оптимальной эксплуатационной надежностью, делаем вывод, что исследуемый сплав не обладает оптимальной эксплуатационной надежностью, но параметры надежности достаточно велики, что позволяет рекомендовать сплав для конструкций с повышенной напряженностью.By specifying the “gene” of the unknown metal sample, we obtained (987 MPa; 1065 MPa; 0.19; 15.6 GPa⋅s; 69.4 GJ / m 2 ; 0.25⋅10 -2 1 / s; + 20 ° С) . Comparing the obtained data with the data of table 1, taking into account a certain measurement error, we conclude that a sample of T110 titanium alloy was studied, which was subjected to vacuum annealing at 850 ° C for an hour. Comparing with the alloy genome with optimal operational reliability, we conclude that the alloy under study does not have optimal operational reliability, but the reliability parameters are quite large, which allows us to recommend the alloy for structures with increased tension.

Второй пример. При формировании «генома» образца неизвестного пластинчатого титанового сплава получили (740 МПа; 660 МПа; 0,15; 16,0 ГПа⋅с; 37,6 ГДж/м2; 0,25⋅10-2 1/с; +20°С). В работе [5] представлены результаты исследования влияния структуры титанового псевдо-α сплава марки ПТ3В, сформулированной пластическим деформированием и термической обработкой, на его эксплуатационные свойства: усталость, трещиностойкость, механические свойства. Данные механических свойств сплава ПТ3В, полученные на стандартных плоских образцах при различных технологических и термических режимах, представлены в табл. 2 [5], включая значения ударной вязкости Ак. Здесь обозначили: I - прокатка β/(α+β) - обл. (нач. 950°С, завершение в (α+β) обл. 900°С); II - (α+β) отжиг (910°С, 15 ч. охл. на воздухе 145°С/мин.); III - β-отжиг (1050°С, 0,5 ч. охл. с печью до 800°С, далее на воздухе); IV - ковка в (α+β) - обл. и рекв. отжиг (910°С, 40 мин.)+(800°С, 1 ч.); V-IV + дополн. отжиг 810°С, 48 ч. В табл. 2 также помещены расчетные данные по формулам значения μ, А* при

Figure 00000001
=0,25⋅10-2 1/с, с=3260 м/с, Е=103 ГПа.Second example. In the formation of the “genome” of a sample of an unknown plate titanium alloy, (740 MPa; 660 MPa; 0.15; 16.0 GPa ;s; 37.6 GJ / m 2 ; 0.25⋅10 -2 1 / s; +20 ° C). The work [5] presents the results of a study of the influence of the structure of a titanium pseudo-α alloy of the PT3V grade, formulated by plastic deformation and heat treatment, on its operational properties: fatigue, crack resistance, and mechanical properties. The data on the mechanical properties of the PT3V alloy obtained on standard flat samples under various technological and thermal conditions are presented in Table. 2 [5], including values of impact strength And to . Here are designated: I - rolling β / (α + β) - reg. (beginning 950 ° С, completion in (α + β) obl. 900 ° С); II - (α + β) annealing (910 ° С, 15 h. Cooling in air 145 ° С / min.); III - β-annealing (1050 ° С, 0.5 h. Cooling with an oven up to 800 ° С, then in air); IV - forging in (α + β) - reg. and requ. annealing (910 ° С, 40 min.) + (800 ° С, 1 h); V-IV + add. annealing at 810 ° С, 48 h. 2 also contains calculated data by the formulas of the values μ, A * at
Figure 00000001
= 0.25⋅10 -2 1 / s, s = 3260 m / s, E = 103 GPa.

Отсюда наиболее перспективен режим III, где структура сплава ПТ3В пластинчатая, а также режим I (структура тонко пластинчатая волокнистая). Соответственно для них «геномы» идентификации (729 МПа; 652 МПа; 0,167; 15,4 ГПа⋅с; 39,8 ГДж/м2; 0,25⋅10-2 1/с; +20°С) и (745 МПа; 664 МПа; 0,15; 16,2 ГПа⋅с; 38,3 ГДж/м2; 0,25⋅10-2 1/с; +20°С). Опять же, в этом случае, идентификацию сплава относительно эксплуатационной надежности по данным ударной вязкости Ак не представляется возможным. Сравнивая с геномы сплавов с оптимальной эксплуатационной надежностью, делаем вывод, что исследуемый образец подвергался обработке I технологического процесса.Hence, mode III is the most promising, where the structure of the PT3V alloy is lamellar, as well as mode I (the structure is thin lamellar fibrous). Correspondingly, the identification genomes (729 MPa; 652 MPa; 0.167; 15.4 GPa⋅s; 39.8 GJ / m 2 ; 0.25 ;10 -2 1 / s; + 20 ° C) and (745) MPa; 664 MPa; 0.15; 16.2 GPa⋅s; 38.3 GJ / m 2 ; 0.25⋅10 -2 1 / s; + 20 ° С). Again, in this case, the identification of the alloy relative to operational reliability according to the impact strength A k is not possible. Comparing the genomes of alloys with optimal operational reliability, we conclude that the test sample was subjected to processing of the 1st technological process.

Третий пример. Рассмотрим регламентируемые в ТУ 14-38-55-2001 механические свойства стальных бесшовных труб для паровых котлов и трубопроводов при одноосном растяжении плоских образцов при +20°С и значения ударной вязкости Ак (KCU), с U-образным надрезом (см. ГОСТ 9454-78), для семи котельных марок сталей (см. табл. 3). Расчет по формулам значений μ, А* осуществляется, согласно [4]: с=5050 м/с, Е=200 ГПа,

Figure 00000001
=0,25⋅10-2 1/с. Анализ значений μ, А* в табл. 3 показывает высокую эксплуатационную надежность котельных труб, изготовленные из ст. 12Х11В2МФ, худшие показатели для труб из ст. 12Х1МФ. Вполне хорошие эксплуатационные характеристики у труб из сталей 20-ПВ, 08Х16Н9М2. Отсюда оптимальный «геном» идентификации для котельных труб из стали 12Х11В2МФ (600 МПа; 400 МПа; 0,17; 40,0 ГПа⋅с; 51,5 ГДж/м2; 0,25⋅10-2 1/с; +20°С). По значениям ударной вязкости Ак (KCU), такой идентификации марок сталей сделать весьма проблематично, поэтому и предлагается проводить идентификацию по геному из семи параметров.The third example. Let us consider the mechanical properties of steel seamless pipes regulated by TU 14-38-55-2001 for steam boilers and pipelines under uniaxial tension of flat samples at + 20 ° С and impact toughness А к (KCU), with a U-shaped notch (see GOST 9454-78), for seven boiler rooms of steel grades (see tab. 3). The calculation according to the formulas of μ, A * values is carried out according to [4]: s = 5050 m / s, E = 200 GPa,
Figure 00000001
= 0.25⋅10 -2 1 / s. The analysis of the values of μ, A * in the table. 3 shows the high operational reliability of boiler pipes made of art. 12X11V2MF, the worst performance for pipes from art. 12X1MF. Quite good performance characteristics of pipes made of steel 20-PV, 08X16H9M2. Hence the optimal "genome" of identification for boiler pipes made of steel 12Kh11V2MF (600 MPa; 400 MPa; 0.17; 40.0 GPa⋅s; 51.5 GJ / m 2 ; 0.25⋅10 -2 1 / s; + 20 ° C). According to the values of impact strength A to (KCU), such identification of steel grades is very problematic, therefore, it is proposed to carry out identification by the genome of seven parameters.

Четвертый пример. Рассмотрим влияние температуры экспериментов на выбор сплавов. Выполним оценку генома титанового сплава ВТ5 в области криогенных температур (+20°С до -268°С). В книге [6] на стр. 255 приведены механические свойства листового проката сплава ВТ5 после вакуумного отжига и испытаний на растяжение до разрушения гладких плоских стандартных образцов, согласно ГОСТ 1497-84 при

Figure 00000001
=0,25⋅10-2 1/с, когда температура испытаний менялась: +20, -196, -253, -268°С. В табл. 4 представлены значения механических свойств сплава ВТ5 и расчетные значения μ, А* по формулам (1) при с=3260 м/с, Е=103 ГПа. Из табл. 4 следует, что оптимальный геном ВТ5 (990 МПа; 810 МПа; 0,075; 36,0 ГПа⋅с; 51,9 ГДж/м2; 0,25⋅10-2 1/с; +20°С). Не очевидный факт «хладноломкости» для сплава ВТ5 в диапазоне температуры -196°С. Однако для криогенного оборудования сплав ВТ5 имеет вполне «приличные» эксплуатационные характеристики и при -268°С с геномом (1510 МПа; 1350 МПа; 0,03; 32,0 ГПа⋅с; 30,7 ГДж/м2; 0,25⋅10-2 1/с; -268°С).Fourth example. Let us consider the effect of the temperature of experiments on the choice of alloys. Let us evaluate the genome of the VT5 titanium alloy in the region of cryogenic temperatures (+ 20 ° С to -268 ° С). The book [6] on page 255 shows the mechanical properties of the rolled sheet of VT5 alloy after vacuum annealing and tensile tests to fracture of smooth flat standard samples, according to GOST 1497-84 at
Figure 00000001
= 0.25⋅10 -2 1 / s, when the test temperature changed: +20, -196, -253, -268 ° С. In the table. Figure 4 shows the mechanical properties of the VT5 alloy and the calculated values of μ, A * according to formulas (1) at c = 3260 m / s, E = 103 GPa. From the table. 4 it follows that the optimal VT5 genome (990 MPa; 810 MPa; 0.075; 36.0 GPa⋅s; 51.9 GJ / m 2 ; 0.25⋅10 -2 1 / s; + 20 ° С). Not an obvious fact of "cold brittleness" for VT5 alloy in the temperature range of -196 ° С. However, for cryogenic equipment, VT5 alloy has quite “decent” performance characteristics and at -268 ° С with the genome (1510 MPa; 1350 MPa; 0.03; 32.0 GPa⋅s; 30.7 GJ / m 2 ; 0.25 ⋅10 -2 1 / s; -268 ° С).

Пятый пример. Рассмотрим особенности анализа параметров для цилиндрических образцов. В методах испытаний на растяжение металлических образцов (ГОСТ 1497-73), строго регламентируется не только геометрия образцов, но и скорость деформирования (см. ГОСТ 1497-73, приложение №4, стр. 27):

Figure 00000001
=0,15 (1/мин) =0,25⋅10-2 1/с. В работе [7] приведены опытные данные при растяжении образцов труб (+20°С) 6×1 мм из сплавов титана ВТ1-0, ПТ7М с различной скоростью нагружения. Определим в этом случае геном металла, где для цилиндрического образца необходимо воспользоваться формулами (см. патент РФ №2543673, БИ №7, 2015 г.):The fifth example. Consider the features of the analysis of parameters for cylindrical samples. In the tensile test methods for metal samples (GOST 1497-73), not only the geometry of the samples, but also the deformation rate are strictly regulated (see GOST 1497-73, Appendix No. 4, p. 27):
Figure 00000001
= 0.15 (1 / min) = 0.25⋅10 -2 1 / s. In [7], experimental data are given for tensile samples of pipes (+ 20 ° С) 6 × 1 mm made of VT1-0, PT7M titanium alloys with different loading rates. In this case, we define the metal genome, where for a cylindrical sample it is necessary to use the formulas (see RF patent No. 2543673, BI No. 7, 2015):

Figure 00000003
Figure 00000003

На основании данных [7] и формул (2), в табл. 5 сведены значения геномов трубы 6×1 мм из сплавов титана ВТ1-0, ПТ7М (σb, σ02, δ5, μ, А*,

Figure 00000001
, Т) при различной скорости деформаций с фиксированной температурой испытаний (+20°), а также с=3260 м/с, Е=103 ГПа. Из табл. 5 следует, что с ростом скорости деформаций при одноосном растяжении трубы 6×1 мм, существенно уменьшаются параметры μ, А*, что логично с точки зрения механики разрушения. При этом механические свойства (σb, σ02, δ5) в этом диапазоне скоростей деформаций изменяются незначительно. Кроме того, показано, что при одинаковых значениях А* и
Figure 00000001
параметр μ может различаться, что подтверждает равноправность каждого из семи сравниваемых параметров.Based on the data [7] and formulas (2), in table. 5 summarizes the values of the 6 × 1 mm pipe genomes from titanium alloys VT1-0, PT7M (σ b , σ 02 , δ 5 , μ, A * ,
Figure 00000001
, Т) at various strain rates with a fixed test temperature (+ 20 °), as well as with = 3260 m / s, E = 103 GPa. From the table. 5 it follows that with an increase in the strain rate during uniaxial tension of the pipe 6 × 1 mm, the parameters μ, A * decrease significantly, which is logical from the point of view of fracture mechanics. Moreover, the mechanical properties (σ b , σ 02 , δ 5 ) in this range of strain rates vary slightly. In addition, it is shown that for the same values of A * and
Figure 00000001
the parameter μ can differ, which confirms the equalness of each of the seven compared parameters.

В зависимости от назначения конкретной конструкции или задачи технологического процесса можно подобрать геном с высокой скоростью деформации

Figure 00000001
и оптимальными параметрами μ и А*.Depending on the purpose of a particular design or task of the technological process, it is possible to select a genome with a high deformation rate
Figure 00000001
and optimal parameters μ and A * .

Таким образом, наглядно на примерах показан способ идентификации металлов и сплавов и определения эксплуатационной надежности по совокупности семи параметров. В рассматриваемых примерах были использованы статьи, где приведены технологии и механические характеристики сплавов. А для широкого спектра известных металлов и сплавов можно использовать базу данных «Программа с данными по отечественным и зарубежным черным и цветным металлам и сплавам, их технологическим и служебным свойствам» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2019619426 от 17 июля 2019 года).Thus, the examples illustrate a method for identifying metals and alloys and determining operational reliability using a combination of seven parameters. In the considered examples, articles were used where the technologies and mechanical characteristics of the alloys are given. And for a wide range of known metals and alloys, you can use the database “Program with data on domestic and foreign ferrous and non-ferrous metals and alloys, their technological and service properties” (certificate on state registration of computer programs No. 20169619426 of July 17, 2019).

По-существу, сформулированный способ идентификации металлов и их сплавов и определения эксплуатационной надежности позволяет унифицировать существующее многообразие нормативно-технической документации (ГОСТ, ASTM, DIN) на ударную вязкость и трещиностойкость в единый стандарт. Без ограничения на толщину стенки испытываемого образца, в рамках современных достижений механики разрушения металлов и их сплавов.In essence, the formulated method for identifying metals and their alloys and determining operational reliability allows us to unify the existing variety of regulatory and technical documentation (GOST, ASTM, DIN) for impact strength and crack resistance in a single standard. Without limitation on the wall thickness of the test sample, in the framework of modern achievements in the mechanics of the destruction of metals and their alloys.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫLIST OF REFERENCES

1. Сериков С.В. Правда о металлах. Изд-во: Palmarium Akademik Publishing (Deutschland). 2014 г., 84c.1. Serikov S.V. The truth about metals. Publisher: Palmarium Akademik Publishing (Deutschland). 2014, 84c.

2. ГОСТ 25.506-85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. М. Госкомитет СССР по стандартам. 50 с. - Прототип.2. GOST 25.506-85. Methods of mechanical testing of metals. Determination of crack resistance characteristics (fracture toughness) under static loading. M. USSR State Committee for Standards. 50 sec - The prototype.

3. Замков В.Н., Топольский В.Ф. и др. Упрочняющая термическая обработка, механические характеристики и структура свариваемого, высокопрочного титанового сплава Т-110. В сб. трудов межд. конф. «Ti-2005 в СНГ», г. Киев, с. 198-207.3. Zamkov V.N., Topolsky V.F. Hardening heat treatment, mechanical characteristics and structure of the welded, high-strength titanium alloy T-110. On Sat proceedings int. conf. "Ti-2005 in the CIS", Kiev, p. 198-207.

4. Свойства элементов. Справ, изд. В 2-х кН. Кн.1/Под ред. Дрица М.Е. - 3-е изд. - М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2003. - 448 с. 4. Properties of the elements. Reference, ed. In 2 kN. Book 1 / Ed. Dritsa M.E. - 3rd ed. - M.: Publishing House "Ore and Metals", 2003. - 448 p.

5. Похмурский В.И., Калахан О.С. Влияние структуры сплава ПТЗВ на трещиностойкость, усталость и механические свойства. В сб. трудов межд. конф. «Ti-2005 в СНГ», г. Киев, с. 286-290.5. Pokhmursky V.I., Kalakhan O.S. The effect of the structure of the PTZV alloy on crack resistance, fatigue and mechanical properties. On Sat proceedings int. conf. "Ti-2005 in the CIS", Kiev, p. 286-290.

6. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин Н.С. Справочник. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. М.: ВИЛС-МАТИ, 2009, 519 с. 6. Ilyin A.A., Kolachev B.A., Polkin N.S. Directory. Titanium alloys. Composition, structure, properties. M .: VILS-MATI, 2009, 519 p.

7. Сериков С.В. Исследование деформации и разрушения титановых сплавов методами моделирования. М.: Титан, 2006, №1, с. 53-59.7. Serikov S.V. The study of the deformation and fracture of titanium alloys by simulation methods. M .: Titan, 2006, No. 1, p. 53-59.

Claims (1)

Способ идентификации металлов и сплавов, включающий осевое растяжение плоских и круглых образцов до разрушения, отличающийся тем, что идентификацию металлов и сплавов осуществляют при сравнении совокупности семи физико-механических параметров: предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, коэффициент динамической вязкости, удельная энергия разрушения при заданной скорости деформаций и температура, полученных при механических испытаниях.A method for identifying metals and alloys, including axial tension of flat and round samples to failure, characterized in that the identification of metals and alloys is carried out by comparing a set of seven physical and mechanical parameters: tensile strength, yield strength, elongation, dynamic viscosity coefficient, specific fracture energy at a given strain rate and temperature obtained during mechanical tests.
RU2019111029A 2019-04-11 2019-04-11 Method of identifying metals RU2715903C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111029A RU2715903C1 (en) 2019-04-11 2019-04-11 Method of identifying metals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111029A RU2715903C1 (en) 2019-04-11 2019-04-11 Method of identifying metals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715903C1 true RU2715903C1 (en) 2020-03-04

Family

ID=69768143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111029A RU2715903C1 (en) 2019-04-11 2019-04-11 Method of identifying metals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715903C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2818505C1 (en) * 2023-09-04 2024-05-02 Общество с ограниченной ответственностью "Кольчугинский завод специальных сплавов" Method for assessing the crack resistance of metals

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2243535C1 (en) * 2003-04-21 2004-12-27 Научно-исследовательский и конструкторский центр испытательных машин Точмашприбор" Device for tension testing of materials
WO2014192258A1 (en) * 2013-05-29 2014-12-04 Canon Kabushiki Kaisha Spectral microscopy device
RU2543673C2 (en) * 2012-10-26 2015-03-10 ООО "Специальные Стали и Сплавы" Method of determining mechanical properties of metals
RU2598972C1 (en) * 2015-06-18 2016-10-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for evaluating physical-mechanical properties of high-viscosity sheet structural steels

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2243535C1 (en) * 2003-04-21 2004-12-27 Научно-исследовательский и конструкторский центр испытательных машин Точмашприбор" Device for tension testing of materials
RU2543673C2 (en) * 2012-10-26 2015-03-10 ООО "Специальные Стали и Сплавы" Method of determining mechanical properties of metals
WO2014192258A1 (en) * 2013-05-29 2014-12-04 Canon Kabushiki Kaisha Spectral microscopy device
RU2598972C1 (en) * 2015-06-18 2016-10-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for evaluating physical-mechanical properties of high-viscosity sheet structural steels

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2818505C1 (en) * 2023-09-04 2024-05-02 Общество с ограниченной ответственностью "Кольчугинский завод специальных сплавов" Method for assessing the crack resistance of metals
RU2820414C1 (en) * 2024-03-01 2024-06-03 Общество с ограниченной ответственностью "Специальные стали и сплавы" Method of identifying metals and alloys

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Golling et al. Influence of microstructure on the fracture toughness of hot stamped boron steel
Dharavath et al. Experimental determination and theoretical prediction of limiting strains for ASS 316L at hot forming conditions
Zhang et al. Deformation-mechanism-based modeling of creep behavior of modified 9Cr-1Mo steel
Grüning et al. Cyclic stress–strain behavior and damage of tool steel AISI H11 under isothermal and thermal fatigue conditions
Vervynckt et al. Characterization of the austenite recrystallization by comparing double deformation and stress relaxation tests
Brnic et al. Comparison of mechanical properties and resistance to creep of 20MnCr5 steel and X10CrAlSi25 steel
Barbosa et al. Fracture toughness testing using non-standard bend specimens–Part II: Experiments and evaluation of T0 reference temperature for a low alloy structural steel
Hamada et al. Non-destructive determination of the yield strength and flow properties of high-manganese twinning-induced plasticity steel
Song et al. Creep property evaluation of a 2.25 Cr–1Mo low alloy steel
Erami et al. Creep constitutive equations for as-received 9Cr1Mo steel
Hagiwara et al. Effects of prestrain on fracture toughness and fatigue-crack growth of line pipe steels
Mahalle et al. Cowper-symonds strain hardening model for flow behaviour of inconel 718 alloy
Student et al. Influence of the long-term operation of 12Kh1M1F steel from different zones of a bend of steam pipeline of a thermal power plant on its mechanical characteristics
Dantas et al. Notch effect in very high-cycle fatigue behaviour of a structural steel
Student et al. Ranking of the mechanical characteristics of steels of steam pipelines of thermal power plants by their sensitivity to in-service degradation
Sorkhabi et al. Experimental study of the creep behavior of parent, simulated HAZ and weld materials for cold-drawn 304L stainless steel
RU2715903C1 (en) Method of identifying metals
Chen et al. Size effect studies on tensile tests for hot stamping steel
Zvirko et al. Influence of the structural features of steels of casing pipes on their mechanical properties and hydrogen brittleness
Brett et al. An investigation of the effect of pre-straining on the creep behaviour of a P91 steel at 600° C using impression creep testing
Dzioba Failure assessment analysis of pipelines for heat and power generating plants according to the SINTAP procedures
Lavanya et al. Correlation of tensile deformation-induced strain in HSLA steel with residual stress distribution
Shen et al. Local Formability of Different Advanced High Strength Steels
Churyumov Deformation and fracture of 13CrMoNbV ferritic-martensitic steel at elevated temperature
Vakili‐Tahami et al. Experimental Study of the Creep Lifetime of the 1.25 Cr 0.5 Mo Steel Pipes

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210303