RU2775515C1 - Способ определения вязкости металлических материалов - Google Patents
Способ определения вязкости металлических материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775515C1 RU2775515C1 RU2021128408A RU2021128408A RU2775515C1 RU 2775515 C1 RU2775515 C1 RU 2775515C1 RU 2021128408 A RU2021128408 A RU 2021128408A RU 2021128408 A RU2021128408 A RU 2021128408A RU 2775515 C1 RU2775515 C1 RU 2775515C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- brittle
- viscosity
- metallic materials
- determining
- Prior art date
Links
- 239000007769 metal material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 238000011068 load Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 10
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 210000002196 Fr. B Anatomy 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к материаловедению, а именно к способам исследования образцов металлических материалов путем приложения к ним динамической (ударной) кратковременной нагрузки при разных температурах, и может быть использовано для определения температуры вязко-хрупкого перехода металлических материалов. Способ определения вязкости металлических материалов по температуре вязко-хрупкого перехода при инструментированных испытаниях на ударный изгиб, величина которой определяется по параметрам ниспадающего линейного участка на кривой ударного нагружения, соответствующим 50% вязкой составляющей разрушения в изломе. Технический результат – возможность определения температуры вязко-хрупкого перехода при инструментированных испытаниях на ударный изгиб образцов с надрезом в заданном диапазоне температур испытаний по изменению параметров кривых ударного нагружения, что позволит оценить вязкость металла в различных структурно-фазовых состояниях при существенном снижении трудоемкости испытаний и повышении точности определения температурного диапазона вязко-хрупкого перехода. 3 ил.
Description
Изобретение относится к материаловедению, а именно к способам исследования образцов металлических материалов путем приложения к ним динамической (ударной) кратковременной нагрузки при разных температурах, и может быть использовано для определения вязкости металлических материалов.
Показателем надежности работы изделий из конструкционных сталей, работающих при низких температурах, служит температура вязко-хрупкого перехода tхр, которая определяется по результатам испытаний на ударный изгиб образцов с надрезом при разных температурах (ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. М.: Изд-во стандартов, 19 с.).
В зависимости от структурно-фазового состояния металла вид сериальной кривой ударной вязкости KC=ƒ⋅(tисп) и ее положение на температурной оси могут существенно отличаться: объективная оценка температуры tхр возможна только в том случае, если на сериальных кривых KC=f (tисп) можно однозначно выделить температурные диапазоны полностью вязкого и полностью хрупкого разрушения. Однако для некоторых высоковязких сталей, например, строительных сталей класса прочности Х70 и выше, определение диапазона вязко-хрупкого перехода зачастую невозможно, поскольку полное охрупчивание металла наблюдается при температурах tисп<-120°C.
Таким образом, температура вязко-хрупкого перехода - это достаточно условная характеристика, за которую принимают (Ботвина Л.Р. Разрушение, кинетика, механизмы, общие закономерности. М.: Наука, 2008. 334 с.)
- температуру tхр середины интервала вязко-хрупкого перехода Δtхр;
- температуру tхр в перехода от вязкого к смешанному разрушению;
- температуру tхр н перехода от смешанного к хрупкому разрушению;
- температуру tхр min достижения минимальной ударной вязкости (KCmin ~ 0,2 МДж/м2);
- температуру t50, при которой в изломе наблюдается 50% вязкой составляющей (В).
Известен способ определения температуры вязко-хрупкого перехода tхр путем измерения доли вязкой и хрупкой составляющих в изломах разрушенных образцов (ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. М.: Изд-во стандартов, 19 с.). При этом измерение относительной доли вязкого разрушения в изломе В, проводимое визуально с помощью линейки, обладает невысокой точностью ((10%) и достаточно трудоемко, поскольку требует большого количества образцов для построения сериальной кривой В=ƒ (tисп).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому методу является способ определения вязкости металлических материалов при испытании на ударный изгиб образцов с V-образным надрезом с записью осциллограмм разрушения (Пат.2570237. Российская Федерация, МПК G01N3/30. Способ определения вязкости металлических материалов / Хотинов В.А., Фарбер В.М., Морозова А.Н. Уральский федеральный университет, бюл. №34, опубл. 10.12.2015)
Способ заключается в выполнении следующих операций:
- ударный изгиб образца с надрезом (приложение динамической нагрузки) с одновременной записью кривой в координатах «нагрузка F - прогиб S» при заданной температуре испытания;
- выделение на ниспадающей кривой ударного нагружения линейного участка и определение значений нагрузки и прогиба, соответствующих началу и окончанию выделенного участка;
- определение параметров вязкости металла на линейном участке кривой ударного нагружения.
Недостатком данного способа является то, что предложенные в нем критерии вязкости металлических материалов не используются для определения температуры вязко-хрупкого перехода tхр, которая, в свою очередь, также характеризует вязкость металла при определенной температуре.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в определении температуры вязко-хрупкого перехода tхр при инструментированных испытаниях на ударный изгиб образцов с надрезом в заданном диапазоне температур испытаний по изменению параметров кривых ударного нагружения, что позволит оценить вязкость металла в различных структурно-фазовых состояниях при существенном снижении трудоемкости испытаний и повышении точности определения температурного диапазона вязко-хрупкого перехода.
Поставленная задача решается способом, при котором после охлаждения образца с надрезом до температуры испытания и приложения к образцу ударной изгибающей нагрузки с одновременной записью нагрузки F и смещения S на полученной кривой разрушения выделяют ниспадающий линейный участок, определяют для него значения, соответствующие началу (Fн, Sн) и окончанию (Fк, Sк) данной стадии разрушения, прогибу ΔS=Sк - Sн и наклону участка ΔF/ΔS=(Fн - Fк)/(Sк - Sн), а температуру вязко-хрупкого перехода tхр определяют по величине значений Sн, ΔS, ΔF/ΔS, соответствующих 50% вязкой составляющей в изломе образца; об уровне вязкости металла судят по величине tхр: чем выше tхр, тем ниже вязкость.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг.1 приведены сглаженные кривые ударного нагружения в координатах «нагрузка F - прогиб S» при разных температурах образцов двух конструкционных сталей: высоковязкой стали 05Г2СФ (фиг.1, а) и стали обычной вязкости 32Г2Р (фиг.1, б), на которых показано графическое выделение ниспадающего линейного участка и определение на нем значений нагрузок Fн, Fк и прогиба Sн, Sк.
Разрушение стандартных образцов Шарпи размером 10×10×55 мм с V-образным надрезом проводилось на копре с падающим грузом INSTRON CEAST 9350 в диапазоне температур испытаний tисп=+20…-100°С с записью кривых ударного нагружения. Частота съема данных с датчиков по нагрузке и прогибу составляла 0,001 мс на точку. Дальнейшая обработка кривой в координатах «нагрузка F - прогиб S» заключалась в ее сглаживании путем инструментальной фильтрации массива измеренных данных с целью уменьшения влияния факторов, вносимых упругим взаимодействием системы «опоры-образец-молот».
Фрактографический анализ изломов образцов заключался в выявлении на поверхности разрушения при небольших увеличениях (до 5 крат) зон вязкого и хрупкого разрушения, измерении и вычислении относительной доли В, занимаемой в изломе зоной вязкого разрушения, их линейных размеров с точностью 0,1 мм на микроизображениях изломов.
На фиг.2 представлены в качестве примера зависимости выделенных на линейном ниспадающем участке кривых ударного нагружения характеристик (прогиба образца в начале Sн, диапазона прогиба образца ΔS=Sк - Sн, наклона ΔF/ΔS=(Fн - Fк)/(Sк - Sн)) от доли вязкой составляющей в изломе В для стали 32Г2Р в различных структурно-фазовых состояниях: после нормализации от 900°С (режим 1) и термоулучшения: закалка от 9000°С+отпуск при 650°С, 1 ч. (режим 2). Во всех случаях полученные экспериментальные данные можно удовлетворительно описать линейными функциями, причем их наклон изменяется при В ~ 50%. Это позволяет заключить, что полученные при В=50% количественные значения
являются физически обоснованными параметрами, соответствующими температуре вязко-хрупкого перехода tхр.
На фиг.3 приведено графическое определение температуры вязко-хрупкого перехода tхр по температурным зависимостям величин Sн и ΔS на примере стали 32Г2Р. Видно, что после нормализации (кривая 1) сталь имеет относительно высокую температуру вязко-хрупкого перехода tхр ~ -7°С, тогда как термоулучшение значительно снижает ее до tхр ~ -78°С. При этом погрешность определения tхр по кривым Sн=ƒ (tисп) и ΔS=ƒ (tисп) достаточно высока и не превышает ±1°С.
Результаты инструментированных испытаний на ударный изгиб широкого круга конструкционных сталей высокой и обычной вязкости при разных температурах свидетельствуют о том, что в области вязко-хрупкого перехода на кривой ударного нагружения всегда можно выделить ниспадающий линейный участок, соответствующий области хрупкого разрушения, затем по предлагаемому способу определить температуру tхр и использовать ее для определения вязкости металлических материалов и, соответственно, аттестации надежности работы конструкций (изделий) из них.
Claims (1)
- Способ определения вязкости металлических материалов при испытаниях на ударный изгиб призматических образцов с надрезом с записью кривой ударного нагружения в координатах нагрузка F – прогиб образца S путем идентификации на линейном ниспадающем участке значений нагрузки F и прогиба S, соответствующих началу (Fн, Sн) и окончанию (Fк, Sк) данной стадии разрушения, отличающийся тем, что на выделенном участке определяют величину прогиба ΔS = (Sк – Sн) и его наклон ΔF/ΔS = (Fн – Fк)/ΔS, измеряют долю вязкой составляющей разрушения В в изломе образца, а затем по значениям Sн, ΔS, ΔF/ΔS при В = 50% находят температуру вязко-хрупкого перехода tхр, которую используют для аттестации вязкости металлических материалов.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2775515C1 true RU2775515C1 (ru) | 2022-07-04 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115856006A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-03-28 | 无锡普天铁心股份有限公司 | 一种取向硅钢韧脆转变温度的测量方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA59901U (ru) * | 2010-09-13 | 2011-06-10 | Государственное Высшее Учебное Заведение "Приднепровская Государственная Академия Строительства И Архитектуры" | Способ определения запаса вязкости конструкционных сталей |
UA66722U (ru) * | 2011-07-20 | 2012-01-10 | Институт Металлофизики Им. Г.В.Курдюмова Национальной Академии Наук Украины | Способ определения критической температуры вязко-крохкого перехода конструкционной стали |
RU2570237C1 (ru) * | 2014-06-10 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения вязкости металлических материалов |
RU2635658C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2017-11-15 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Способ определения сдвига критической температуры хрупкости сталей для прогнозирования охрупчивания корпусов реакторов типа ввэр |
RU2646548C1 (ru) * | 2016-09-15 | 2018-03-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения вязкости металлических материалов |
RU2719797C1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Способ оценки температуры вязко-хрупкого перехода металла |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA59901U (ru) * | 2010-09-13 | 2011-06-10 | Государственное Высшее Учебное Заведение "Приднепровская Государственная Академия Строительства И Архитектуры" | Способ определения запаса вязкости конструкционных сталей |
UA66722U (ru) * | 2011-07-20 | 2012-01-10 | Институт Металлофизики Им. Г.В.Курдюмова Национальной Академии Наук Украины | Способ определения критической температуры вязко-крохкого перехода конструкционной стали |
RU2570237C1 (ru) * | 2014-06-10 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения вязкости металлических материалов |
RU2646548C1 (ru) * | 2016-09-15 | 2018-03-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ определения вязкости металлических материалов |
RU2635658C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2017-11-15 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения", АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Способ определения сдвига критической температуры хрупкости сталей для прогнозирования охрупчивания корпусов реакторов типа ввэр |
RU2719797C1 (ru) * | 2019-12-09 | 2020-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Способ оценки температуры вязко-хрупкого перехода металла |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115856006A (zh) * | 2022-12-06 | 2023-03-28 | 无锡普天铁心股份有限公司 | 一种取向硅钢韧脆转变温度的测量方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lopez-Crespo et al. | Study of crack orientation and fatigue life prediction in biaxial fatigue with critical plane models | |
Pluvinage | Fatigue and fracture emanating from notch; the use of the notch stress intensity factor | |
Lai et al. | On the prediction of tensile properties from hardness tests | |
RU2775515C1 (ru) | Способ определения вязкости металлических материалов | |
Shin et al. | An instrumented drop-bar impact testing apparatus for investigating the impact fracture behaviors of structural steels | |
Koncsik et al. | Fracture mechanical analysis of gleeble simulated heat affected zones in high strength steels | |
Mencin et al. | A method for measuring the hardness of the surface layer on hot forging dies using a nanoindenter | |
Kondryakov et al. | Peculiarities of the crack initiation and propagation in different specimen types | |
RU2570237C1 (ru) | Способ определения вязкости металлических материалов | |
Seok et al. | Evaluation of material degradation of 1Cr–1Mo–0.25 V steel by non-destructive method | |
KR102411444B1 (ko) | 금속 시편의 흡수 에너지 추정 방법 | |
RU2646548C1 (ru) | Способ определения вязкости металлических материалов | |
Prakash et al. | Investigation of material fatigue behavior through cyclic ball indentation testing | |
RU2691751C1 (ru) | Способ определения предельного состояния материала магистральных газопроводов | |
RU2207530C1 (ru) | Способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния | |
RU2706106C1 (ru) | Способ определения ресурса стальных изделий | |
Beskopylny et al. | Diagnostics of steel structures with the dynamic non-destructive method | |
RU2765342C1 (ru) | Способ определения предела текучести материала цилиндрической детали при кручении | |
Prokopyev et al. | Determination of the dependence of a steel" St. 3" flat specimen acoustic emission from the stress intensity factor at local low-temperature loading | |
RU2598972C1 (ru) | Способ оценки физико-механических свойств высоковязких листовых конструкционных сталей | |
RU2727068C1 (ru) | Способ определения предельного равномерного сужения | |
RU2756376C1 (ru) | Способ определения предела текучести материала при смятии | |
RU2685458C1 (ru) | Способ определения прочностных свойств низкоуглеродистых сталей | |
Dzioba et al. | Temperature dependency of fracture toughness of high-strength ferritic steel Hardox-400 | |
RU2221231C2 (ru) | Способ определения остаточного ресурса металла магистрального трубопровода |