Способ определения склонности к межзеренному охрупчиванию металлов

 

Изобретение относится к конт.ролю термической обработки металлов и может быть использовано при испытаниях конструкционных материалов. Цель - уменьшение времени испытания. Испытания проводятся на предв°арительно нагруженных образцах, имеющих концентратор напряжения в виде надреза. обеспечивающий объемно-напряженное состояние при нагрузках, близких или ниже |текучести Испытания проводятся при температурах от 300 С до температур рекристаллизации в кислородсодержащих средах с парциальным давлением кислорода, равным или большим (до 95%), чем,давление в реальной газовой среде, причем критериями склонности к межзеренному охрупчиванию являются наличие обогащенных кислородом выделений по границам зерен в зоне концентратора напряжений, а та1сже параметры трещиностойкости, представляющие собой отношение значений коэффициентов интенсивности напряжений Kg и критической величины раскрытия трещины в испытываемой среде к значениям, полученным при испытаниях в вакууме, связанные с временем до разрушения при заданных режимах температурно-силового нагружения. 2 Ш1., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

«е«« з«л у 4 ат

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2) ) 4213908/31-02 (22) 23.03.87 (46) 07.09.88. Бюл, М 33 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) К.А.10щенко, В,С,Савченко, Р.И.Морозова, О.Н.Остапенко, Л.В,Чернякова и И.С.Цвилюк (53) 621.785,79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 589563, кл, G 01 N 33/20, 1975, Метод испытания на длительную прочность. ГОСТ 10145-81. (54} СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИ

К МЕЖЗЕРЕННОМУ ОХРУПЧИВАНИЮ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к контролю термической обработки металлов и может быть использовано при испытаниях конструкционных материалов.

Цель — уменьшение времени испытания.

Испытания проводятся на предварительно нагруженных образцах, имеющих концентратор напряжения в виде надреза, „.Я0„„142 п

1 у 4 0 21 D 8/00, G 01 N 33/20 обеспечивающий обьемно-напряженное состояние при нагрузках, близких или ниже 1текучести Испытания проводято ся при температурах от 300 С до температур рекристаллизации в кислородсодержащих средах с парциальным дав" лением кислорода, равным или большим (до 95X), чем,давление в реальной газовой среде, причем критериями склонности к межзеренному охрупчиванию являются наличие обогащенных кислородом выделений по границам зерен в зоне концентратора напряжений, а также параметры трещиностойкости, представляющие собой отношение значений коэффициентов интенсивности на- ф . пряжений К и критической величины раскрытия треыииы с,. в испытываеипв (/) среде к значениям, полученным при испытаниях в вакууме, связанные с временем до разрушения при заданных режимах температурно-силового нагружения. 2 ил,, 1 табл.

1421783

Изобретение относится к области контроля термической обработки металлов и может быть использовано при испытаниях конструкционных материя- 5 л6в.

Цель изобретения — уменьшение времени испытания.

Сущность изобретения заключается в том, что испытания проводятся на lQ предварительно нагруженных образцах, имеющих концентраторы напряжения в виде надреза, обеспечивающего объемно-напряженное состояние при нагрузках, близких или ниже предела теку- l5 чести при температурах от 300 С до температур рекристаллизации в кислородосодержащих средах с парциальным

1 давлением кислорода, равным или большим (до 95%), чем давление. в реальной 20 I"àçoâoé среде (величина 95% характеризует относительный верхний предел, за которым начинается среда,, состоящая из чистого кислорода), При этом критериями склонности к межзеренному охрупчиванию являются наличие обогащения кислородом выделений по границам зерен в зоне деформации и разрушения, а также предлагаемые параметры трещиностойкости, пред

ЗО ставляющие собой отношения значений коэффициентов интенсивности напряжений, а также критического раскрытия трещины в испытываемой среде к значениям, полученным в вакууме. 35 c,ÑÐåüû (1 °

1 с,ва с ьм с.суеды

>)1 „ с. ва кц ма

Предлагаемые критерии связаны иллюстративно с введением до разрушения при заданных режимах температурно-силового нагружения, наблюдаемых при разрушении в вакууме и в среде, содержащей кислород.

Пример. Были изготовлены об" разцы, повьш енная прочность в котоQQ рых создавалась пластической дефор- мацией металла. Сталь 12 ° 18H1OI толщиной 20 мм была прокатана до толщин 17 и 13 мм, пластическая деформация составила соответственно 15 и

35%.

На фиг.l представлены диаграммы, характеризующие механические свойства 5,, и < наклепанного металла; н фиг.2 — тип образца для испытания на длительную прочность, Из упрочненного металла были изготовлены образцы для испытания на длительную прочность с двумя острыми надрезами (фиг.2), Предполагается, что окисление границ зерен равновероятно в 2 надрезах. После хрупкого разрушения по одному из надрезов второй использовали для1металлографических и микрорентгеноспектрального исследований.

Результаты испытаний на длительную прочность стали 12Х18Н10Т со степенью деформации h 35%, температура рекристаллизации которой составила бОО С, представлены в таблице.

Из таблицы видно, что с повьппением рабочих напряжений при одной и той же .температуре длительность до разрушения в реальной среде (с кислоро" дом) меньше чем в вакууме. Иеталло-: графическими исследованиями образцов после испытаний на длительную прочность в контрольных надрезах обнаружена фаза, распространяющаяся по границам зерен.

Экспериментально с помощью прибо-: ра ПИТ-З, в котором алмазная пирамида заменена на устройство для локально— го замера электросопротивления, установлено, что данная фаза неэлектропроводна, При этом известно, что окислы железа также неэлектропроводны.

Для доказательства превалирующей роли кислорода в образовании окисной фазы в наклепанном металле образцы с одинаковой степенью деформации испытывали на длительную прочность при одинаковом температурно-силовом нагружении на воздухе (1,01 ° 10 Па) и в вакууме (1 3 ° 10 Па).

Образец при испытании на длительную прочность, находящийся в вакууме, разрушался через 753 ч, а образец в кислородосодержащей среде — через

671 ч, Иоделирование на образцах с острым надрезом процесса охрупчивания стали о, при 500 С подтвердило предположение об интенсивной диффузии кислорода„ содержащегося в реальной среде, по границам аустенитных зерен при повышенных напряжениях. При этом происходит избирательное окисление границ зерен с образованием хрупкой оксидной фазы и возникновением в ней трещин, приводящих к разрушениям.

l 421 783

Указанный механизм может снижать сопротивление ползучести и величину длительной прочности металла при эксплуатации, что и подтвердилось ре зультатами статических испытаний по определению характеристик трещиностойкости.

В отличие от высокотемпературного малоциклового нагружения, где коли" чество циклов, ведущих к разрушению в вакууме, в 3 раза больше, чем на, воздухе, статические испытания не выявили столь большего различия, но тем не менее характеристики трещиностойкости в вакууме оказывались неизменно выше, чем в среде воздуха.

Это подтверждает вывод об образовании окисной фазы, которая чаще всего образует и растет быстрее на границах зерен. Она действует как ускоритель дальнейшего роста пустот и снижает прочность материала.

Величины характеристик трещиностойкости, предложенных в качестве основы критериев склонности к охрупчиванию, определались по методическим указаниям РД 50-260-,81. Они хорошо согласуются с показателями долговечности и с реальйым ходом. разрушен ния, инициированного процессом окисления, Использование предложенного способа позволяет ускоренно оцещтть склонность металла, предназначенного для эксйлуатации при высоких температурах к межзеренному охрупчиванию, вызываемому преимущественно кислородом, споо

Давление, Па Время до ИКИ КсМПа Kc, p разруше- Кс ьак. ния, ч

MIa ТемпеСср

С eax ° ратура, С!

1403 11 121

l 83

0,9! б 132

1608

1,84

0,93

1832 12 119

2085 6,5 127

2134 12,6 118 0,95

1,86

2235 6,7 124

1340 12,5 113

0,93

1,85

550 270 ),Ol ° 0

1,3 10

500 270 1,01 ° 10

1,3 10

450 270 1,01 10

1Р 3

550 300 1,01 10 собствующему хрупкому разрушения в условиях напряженного состояния реальных конструкций.

Формула изобретения

Способ определения склонности к межзеренному охрупчиванию металлов, 1О преимущественно аустенитных хромоникелевых сталей и дисперсионно-твердеющих никелевых сплавов, .эксплуа-; тируемых при высоких температурах в газовых средах, включающий нагруже" l5 нйе образцов с надрезом из испытуемых материалов в заданной газовой среде при заданных давлении и температуре с созданием напряжений в образце не выше предела текучести мате20 риала, измерение параметров механических свойств, по которым определяют склонность к .межзеренному охрупчиванию, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени испытания,нагружение осуществляют в среде с содержанием кислорода не более 95Х при его парциальном давлении не менее,чем давление в реальной газовой среде и при температуре 300 С (Т, 30 где Т вЂ” температура рекристаллиэа.Р цин материала), а также в вакууме, при этом в качестве параметров определяют отношения коэффициентов интен сивности напряжений и критических величин раскрытия трещин, полученных при испытаниях в кислородсодержащей среде, к значениям этих величин, полученных при испытаниях в вакууме, 1421783

Давление, lja

МПа ТемпеКсИПа Кс.сс

Kñ.â ê.

Время до разрушения, ч

С сР

С аа». ратура, С

1407 6,75 121

1723 13 110 0,93 !

823 8 1 118

2138 l3 5 ill 0,94

1,3 ° 10

1,60

1968

450 300

8,0 . 118

15 92

8,0 114

1,87

0,80

223

550 500

350

1,01 ° 10

1,3 10

1,97

0,84

16,0 86

8,1 102

500 500

671

1,01.10

834

1,89

0,83

450 500

788 с

200 600

2,50

0,89

165

274

2,34, 0,93

434

180 600

630

1,01 10

0,90

2,28

1232!

60 600

3,8 92

1342

200 650

8,6 81

909

0,90

4,1 90

8,7 79

187

0,88

2,07!

80 650

4,2 89

9,0 78

378

2,04

0,95

998

500 300 1,01.10

1,3 10

1,01 10

1,3 10

1,01 10

1,3 ° 10

1,3 ° 10

1,01 10

1,3 10, 1,01 10

193 10

1,3 10

1 01 10

1,3 . !О

1,01.!О

l,3 10

160 650 1,01 10

1,3 10!

69 84

8,5 101

8 95

3,2 l 06

8,2 94

3,5 101

8,7 83

1023 4,4 82

Продолжение таблицы,! 421783

Составитель А,Кулемин

Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Редактор. В.Данко

Заказ 4392/26 Тираж 545 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4