SU1744568A1 - Способ оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытани м, а именно к способам оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки. Цель изобретени  - приближение условий испытаний к реальным . Способ оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки заключаетс  в том, что на образце имитируют термический цикл околошовной зоны при сварке, раст гивают его в температурном интервале хрупкости с докритической скоростью и оценивают склонность металла к разрушению по механическим свойствам при температурах повторного нагрева после сварки. Новым в способе  вл етс  то, что раст жение образ ца в температурном интервале хрупкости провод т со скоростью деформации, которую определ ют по формуле

Description

ел

о

Изобретение относитс  к испытани м, в частности к способам оценки склонности металлов к хрупкому разрушению в околошовной зоне при повторном нагреве после сварки.

Известен способ оценки склонности сталей к образованию трещин при повторном нагреве во врем  термической обработки после сварки, заключающийс  в том, что на образце имитируют термический цикл сварки с максимальной температурой нагрева цикла 1300°С, после окончани  имитировани  сварочного цикла образец подвергают повторному нагреву до достижени  температуры испытаний, при которой деформируют образец раст жением до полного разрушени  с посто нной скоростью деформации дл  определени  пластичности металла образца при этой температуре, величина которой служит критерием количественной оценки склонности стали к хрупкому разрушению при повторном нагреве.

-

Недостатком данного способа  вл етс  его низка  достоверность, св занна  с тем, что услови  испытани  не соответствуют реальным , так как не учитывают воздействие на металл деформационной составл ющей термодеформационного цикла сварки.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ оценки склонности образцов различных материалов к хрупкому разрушению , заключающийс  в имитации термине- ского цикла сварки на образце, раст жении его в температурном интервале хрупкости при имитации сдокритической скоростью и оценке склонности материалов к разрушению по механическим свойствам металла образцов в рабочих услови х, в частности в услови х повторного нагрева,

Недостатком указанного способа  вл етс  неточность оценки, св занна  с существенной зависимостью определ емых критериев от условий испытаний, а именно от максимальной температуры нагрева и темпа деформации образца в температурном интервале хрупкости при имитации термодеформационного цикла сварки.

Целью изобретени   вл етс  приближение условий испытаний к реальным.

Согласно предлагаемому способу нагрев образца осуществл етс  по заданному закону до температуры, лежащей винтерва- ле между температурой верхней границы температурного интервала хрупкости и температурой нижней границы температурного интервала хрупкости данного металла и определ емой с учетом безразмерного харак- теристического инварианта испытани , исход  из соотношени 

в макс

Т

в.г.

где в- безразмерный характеристический инвариант испытани ;

Тмакс - максимальна  температура имитируемого термоцикла сварки;

Тв.г. - верхн   граница температурного интервала хрупкости.

и

На этапе охлаждени  от максимальной температуры имитируемого термоцикла сварки образец подвергают деформированию в температурном интервале хрупкости, при этом темп деформации раст жени  определ ют по формуле

В «кр

К,

(В-ПТгТРТн.г. где К - коэффициент исчерпани  пластичности металла в температурном интервале хрупкости. Значени  необходимо принимать равными 0,8-0,95 дл  приближени  условий испытаний к экстремальным;

%р критическа  деформаци  металла в температурном интервале хрупкости, т.е. минимальна  деформаци , при которой происходит разрушение образца в температурном интервале хрупкости;

Тв.г. - верхн   граница температурного интервала хрупкости;

Тн.г. нижн   граница температурного интервала хрупкости;

в- безразмерный характеристический инвариант испытани , определ емый из соотношени  максимальной температуры нагрева образца при имитации термоцикла сварки и температурами верхней и нижней границ температурного интервала хрупкости:

10 15

20 25

30 35

40

45

50

55

а

Т,

макс

Т:

0-4тг) +

Тн.г

Тв.г. о v Тв.г. - I в.г.

В сопоставл емых испытани х, проводимых дл  различных партий или марок сталей , значени  в должны соответствовать друг другу, т.е. &г в const, несмотр  на различи  ««р, Тв.г., Тн.г. дл  испытуемых марок сталей.

Способ оценки склонности металла к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки реализуют следующим образом.

Имитацию термодеформационного цикла сварки и высокотемпературные испытани  выполн ют на установках, обеспечивающих изменение температуры образца по заданному закону, его деформирование в широком диапазоне скоростей и усилие, достаточное, дл  разрыва образцов при температурах повторного нагрева.

Предварительно определ ют исходные данные дл  воспроизведени  на образце состо ни  металла околошовной зоны, соответствующего выбранному способу сварки (скорость нагрева, максимальную температуру нагрева при имитации, скорость охлаждени ). Рассчитывают минимально допустимое значение безразмерного характеристического инварианта испытани  по формуле

н.г , Тн.г.

(1-4т7) +

Тв.г/ТВ.г.

где Тв.г. - верхн   граница температурного интервала хрупкости;

Тн.г. - нижн   граница температурного интервала хрупкости.

В случае проведени  испытаний нескольких марок сталей разного состава, имеющих соответственно различные значени  границ температурного интервала хрупкости , дл  обеспечени  сопоставимости результатов оценки согласно вышеприведенной формуле рассчитывают минимально

допустимые значени  0 дл  каждой марки стали и из них выбирают единое значение в-, которое больше, либо равно каждому из рассчитанных значений (выбираетс  большее из рассчитанных значений) и которое будет  вл тьс  безразмерным характеристическим инвариантом испытани  дл  каждой марки испытываемой стали,

Рассчитывают максимальную темпера- туру нагрева образца при имитации термоцикла сварки по формуле

Тмакс. 0 Тв.г.,

где в - безразмерный характеристический инвариант испытани ;

Тв.г. - верхн   граница температурного интервала хрупкости.

Образец испытываемой стали закрепл ют в захватах установки и нагревают с заданной скоростью до температуры ТМакс. На этапе охлаждени  образца с заданной скоростью от Тмакс до температуры нижней границы температурного интервала хрупкости его деформируют раст жением, при этом темп деформации определен по фор- муле

в (/ .

В К (0 Тв.г.) - Тн.г. где К - коэффициент исчерпани  пластичности металла в температурном интервале хрупкости, ,8-0,95;

Окр - критическа  деформаци  металла в температурном интервале хрупкости;

Тв.г. - верхн   граница температурного интервала хрупкости;

Тн.г. - нижн   граница температурного интервала хрупкости;

в - безразмерный характеристический инвариант испытани .

По окончании имитации термодеформационного цикла сварки и охлаждени  образца до комнатной температуры его повторно нагревают до температур, соответствующих температурам послесварочного отпуска, и деформируют при этих температурах с посто нной скоростью раст жени , равной 0,5 мм/мин, до разрушени , определ   при этом характеристики пластичности металла образца, в частности относительное суже- ние. По величине относительного сужени  оценивают склонность металла к хрупкому разрушению при повторном нагреве. Если 10%, то считаетс , что материал склонен

к разрушению при повторном нагреве, если 10% V 20%, то разрушение возможно, если 1р 20%, то металл считают не чувствительным к разрушению при повторном нагреве.

0

5

0 5

0

5

0

5 0

5

Пример. Испытани м подвергают образцы из двух марок сталей следующего состава:

сталь №1, %:CO,10;SiO,34;Mn 1,13; Сг 2,2; Ni 0,52; Mo 0,49.

сталь Ms 2, %: С 0,094; Мп 0,91; Si 0,25; Ni 1,93; Mo 0,49; V 0,04; СгО,16; В 0,001.

Предварительно определ ют данные дл  воспроизведени  на образцах состо ни  металла околошовной зоны при электрошлаковой сварке. Этими данными  вл ютс  скорость нагрева при имитации термоцикла сварки от комнатной температурь; до максимальной температуры цикла WnarpH50C/c, скорость охлаждени  при имитации термоцикла сварки от максимальной температуры цикла до комнатной А/охл.1°С/с. Данные, обусловленные физи- кохимйческими характеристиками каждой марки оцениваемой стали, следующие.

Дл  стали № 1 верхн   граница температурного интервала хрупкости при воздействии термоцикла сварки Тв.г. 1450°С, температура нижней границы температурного интервала хрупкости Тн.г.1360°С, критическа  деформаци  в этом интервале

СЈкр1 1,1 ММ.

Дл  стали № 2 верхн   граница температурного интервала хрупкости Тв.г.2 1460°С, нижн   граница температурного интервала хрупкости Тв.г.2 1350°С, критическа  деформаци  в этом интервале Окр2 0,9 мм.

Рассчитывают значение безразмерного инварианта испытани  по формуле

/а 2 (А Тн.г ч j Тн.г. Q--4 (1 j-) + т-,

3I в.г.I в.г.

Дл  стали Ms 1

-Ь -ч&Чте-о.™Дл  стали Мг 2

/, 1350ч ,1350 nQ7,Q

(1-T460)+1460 0 9748Дл  сопоставл емых испытаний значени  безразмерного инварианта испытани  разных марок сталей должны соответствовать друг другу, т.е. необходимо, чтобы в- $. Так как дл  стали Мг 1 значени  0 не могут быть меньше 0,9793, то и дл  стали № 2 принимаем ,9793.

Исход  из значений безразмерного характеристического инварианта испытани  рассчитывают максимальные температуры имитируемых циклов сварки.

Дл  стали № 1

Тмакс.1 Тв.г.1 (9 1450x0,.

Дл  стали № 2

ТМЗкс.2 Тв.г.2 # 1460x0,.

Вычисл ют значени  темпа деформации образцов в температурном интервале

хрупкости на этапе охлаждени  от максимальной температуры имитируемого термоцикла сварки до нижней границы температурного интервала хрупкости по формуле

Окр

(0-Тв.г.)-Тн.г. Исход  из того, что приближени  условий испытаний к экстремальным коэффициент исчерпани  пластичности металла в температурном интервале хрупкости ,8- 0,95, принимаем дл  обеих сталей ,9, а темп деформации будет равен дл  стали № 1

1,1

Bi 0,9

0,9793 1450 -1360 0,0165мм/°С, дл  стали № 2

0,9

В2 0,9

1350

0,9793 1460 0,0102 мм/°С

На установке ИМАШ-20-78 в вакууме нагревают образец со скоростью 5°С/с до температуоы, равной дл  стали Ns 1 ТМакс1 1420°С и дл  образцов стали № 2 ТМакс2 1430°С. На этапе охлаждени  образцов со скоростью 1°С/с от максимальной температуры имитируемого термоцикла сварки до температуры нижней границы температурного интервала хрупкости, равной дл  стали №1 Тн.п 1360°С и дл  стали № 2

Тн.г.2 1350°С, их деформируют раст жением с темпом, равным дл  стали № 1 ,0165мм/°Сидл  стали №2 ,0102 мм/°С. Затем охлаждают образцы с той же скоростью охлаждени  до комнатной темпе- ратуры. Впоследствии осуществл ют повторный нагрев образцов до температуры 600°С и 650°С, раст гивают при этой температуре со скоростью 0,5 мм/мин до разрушени . Определ ют после разрушени  относительное уменьшение площади поперечного сечени  образцов в месте разрыва и по этому критерию суд т о склонности металла образцов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки.

Результаты испытани  сталей, представлены в таблице.

Результаты показывают, что в околошовной зоне сварных соединений сталей № 1 и Ns 2 будет происходить хрупкое разрушение при повторном нагреве после сварки, однако наиболее опасным с этой точки зрени  дл  стали № 1 будет повторный нагрев до 600°С, а дл  стали Ns 2 - повторный нагрев до 650°С.

Использование предлагаемого способа наиболее эффективно при технологической подготовке производства новых типов толстостенных сварных конструкций из новых марок сталей.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки, по которому на образце имитируют термический цикл сварки околошовной зоны, раст гивают образец при охлаждении в температурном интервале хрупкости с докритической скоростью и оценивают склонность металла к разруиюнию по его механическим свойствам при температуре повторного нагрева, отличающийс  тем, что, с целью приближени  условий испытаний к реальным, раст жение образца в температурном интервеле хрупкости провод т со скоростью В деформации , определ емой по формуле

   В к

   К .r.

   где ,8-0,95 - коэффициент исчерпани  пластичности металла в температурном интервале хрупкости;

   #кр - критическа  деформаци  металла в температурном интервале хрупкости;

   Тег. - верхн   граница температурного интервала хрупкости металла;

   Тн.г. - нижн   граница температурного интервала хрупкости металла;

   О- безразмерный характеристический инвариант испытани , определ емый по формуле

   и - . С н.Гч . Тн.г. Twaix

   V т, (J - ) + ,

   J«в.г/ U.r. I в.г.

   где Тмакс - максимальна  температура имитируемого термоцикла сварки.