Способ оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки

 

Изобретение относится к испытаниям, а именно к способам оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки. Цель изобретения - приближение условий испытаний к реальным . Способ оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки заключается в том, что на образце имитируют термический цикл околошовной зоны при сварке, растягивают 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 является то, что растяжение образ ца в температурном интервале хрупкости проводят со скоростью деформации, которую определяют по формуле

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (sz)s G 01 N 3/00

ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

,.фь.

Ф (Л ОО

1 ,> (21) 4891676/28 (22) 31,08.90 (46) 30,06.92. Бюл, ¹ 24 (71) Волгоградский научно-исследовательский и проектный институт технологии химического и нефтяного аппаратостроения и

Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им. Н.Э. Баумана (72) Б.Ф. Якушин,В.А,Гришин и M,Н.Максимов (53) 620.172,251(088,8) (56) Рационализация и повышение уровня исследования свариваемости/Протокол 8го совещания специалистов по теме XLX.

Гливлице. ПНР. 1981, с. 1 — 3.

Авторское свидетельство СССР

¹ 232576, кл. G 01 N 3/08, 1969. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ СКЛОННОСТИ МЕТАЛЛОВ К ХРУПКОМУ РАЗРУШЕНИЮ ПРИ

ПОВТОРНОМ НАГРЕВЕ ПОСЛЕ СВАРКИ (57) Изобретение относится к испытаниям, а именно к способам оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки. Цель изобретения приближение условий испытаний к реальИзобретение относится к испытаниям, 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 время термической обработки после сварки, заключающийся в том, 4Т0 на образце имитируют термический цикл сварки с максимальной температурой наным, Способ оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки заключается в том, что на образце имитируют термический цикл околошовной зоны при сварке, растягивают

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 является то, что растяжение образца в температурном интервале хрупкости проводят со скоростью деформации, которую определяют по формуле

P = К ((кр/О (Тв.г. Тн.г.), где К вЂ” коэффициент исчерпания пластичности металла в температурном интервале хрупкости;

К=0,8-0,95; акР— критическая деформация металла в температурном интервале хрупкости, Т8.i. — верхняя граница температурного интервала хрупкости металла; Т,,г. нижняя граница температурного интервала хрупкости металла; Π— безразмерный характеристический инвариант испытания, 1 табл. грева цикла 13000С, после окончания имитирования сварочного цикла образец подвергают повторному нагреву до достижения температуры испытаний, при которой деформируют образец растяжением до полного разрушения с постоянной скоростью деформации для определения пластичности металла образца при этой температуре, величина которой служит критерием количественной оценки склонности стали к хрупкому разрушению при повторном нагреве, 5

К, В—

Hедостатком д-нного способа является его низкая достоверность, связанная с тем, что условия испытания не соответствуют реальным, так как не учитывают воздействие на металл деформационной составляющей термодеформационного цикла сварки, Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки склонности образцов различных материалов к хрупкому разрушению, заключающийся в имитации термического цикла сварки на образце, растяжении

его в температурном интервале хрупкости при имитации с докритической скоростью и оценке склонности материалов к разрушению по механическим свойствам металла образцов в рабочих условиях, в частности в условиях повторного нагрева, Недостатком указанного способа является неточность оценки, связанная с существенной зависимостью определяемых критериев от условий испытаний, а именно от максимальной температуры нагрева и темпа деформации образца в температурном интервале хрупкости при имитации термодеформационного цикла сварки.

Целью изобретения является приближение условий испытаний к реальным.

Согласно предлагаемому способу нагрев образца осуществляется по заданному закону до температуры, лежащей в интервале между температурой верхней границы температурного интервала хрупкости и температурой нижней границы температурного интервала хрупкости данного металла и определяемой с учетом безразмерного характеристического инварианта испытания, исходя из соотношения

0 макс

Р

Тв.г. где 0 — безразмерный характеристический инвариант испытания;

Тмакс.— максимальная температура имитируемого термоцикла сварки;

Тв,г, — верхняя граница температурного интервала хрупкости.

На этапе охлаждения от максимальной температуры имитируемого термоцикла сварки образец подвергают деформированию в температурном интервале хрупкости, при этом темп деформации растяжения определяют по формуле где К вЂ” коэффициент исчерпания пластичности металла в температурном интервале хрупкости. Значения необходимо принимать равными 0,8 — 0,95 для приближения условий испытаний к экстремальным; акр — критическая деформация металла в температурном интервале хрупкости, т.е, минимальная деформация, при которой происходит разрушение образца в температурном интервале хрупкости;

Тв.г. — верхняя граница температурного интервала хрупкости;

Тн.г. — нижняя граница температурного интервала хрупкости;

0 — безразмерный характеристический инвариант испытания, определяемый из соотношения максимальной температуры нагрева образца при имитации термоцикла сварки и температурами верхней и нижней границ температурного интервала хрупкости:

0 Тмакс 2 Тн.r. Тн.r.

Гв.г. Гв.г. Тв.г.

В сопоставляемых испытаниях, проводимых для различных партий или марок сталей, значения 0 должны соответствовать друг другу, т.е. 0< = &z =0 = const, несмотря на различия акр, Тв,г., Тн,г, для испытуемых марок сталей, Способ оценки склонности металла к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки реализуют следующим образом.

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

Предварительно определяют исходные данные для воспроизведения на образце состояния металла околошовной зоны, соответствующего выбранному способу сварки (скорость нагрева, максимальную температуру нагрева при имитации, скорость охлаждения). Рассчитывают минимально допустимое значение безразмерного характеристического инварианта испытания по формуле

0 > ° (1 — — ™Ã) +

Тв.г. Тв.r. где Т>.г, — верхняя граница температурного интервала хрупкости;

Тн.г. — нижняя граница температурного интервала хрупкости, В случае проведения испытаний нескольких марок сталей разного состава, имеющих соответственно различные значения границ температурного интервала хрупкости, для обеспечения сопоставимости результатов оценки согласно вышеприведенной формуле рассчитывают минимально

1744568 допустимые значения О для каждой марки стали и из них выбирают единое значение О.„ которое больше, либо равно каждому из рассчитанных значений (выбирается большее из рассчитанных значений) и которое 5 будет являться безразмерным характеристическим инвариантом испытания для каждой марки испытываемой стали.

Рассчитывают максимальную темпера- 10 туру нагрева образца при имитации термоцикла сварки по формуле

Тмвкс.= 0 Тв.г,, где 0 — безразмерный характеристический инвариант испытания; 15

Тв.г, — верхняя граница температурного интервала хрупкости.

Образец испытываемой стали закрепляют в захватах установки и нагревают с заданной скоростью до температуры Тмвкс. 20

На этапе охлаждения образца с заданной

СКОРОСТЬЮ От Тмвкс ДО тЕМПЕРатУРЫ НИжНЕй границы температурного интервала хрупкости его деформируют растяжением, при этом темп деформации определен по фор- 25 муле

В=К где К вЂ” коэффициент исчерпания пластичности металла в температурном интервале 30 хрупкости, К=0,8 — 0,95; акр — критическая деформация металла в температурном интервале хрупкости;

Тв.г. — верхняя граница температурного интервала хрупкости; 35

Тн.г. — нижняя граница температурного интервала хрупкости;

0 — безразмерный характеристический инвариант испытания.

По окончании имитации термодеформационного цикла сварки и охлаждения образца до комнатной температуры его повторно нагревают до температур, соответствующих температурам послесварочного отпуска, и деформируют при этих температурах с постоянной скоростью растяжения, равной 0,5 ммlмин, до разрушения, определяя при этом характеристики пластичности металла образца, в частности относительное суже- 50 ние. По величине относительного сужения оценивают склонность металла к хрупкому разрушению при повторном нагреве. Если ф <10%, то считается, что материал склонен к разрушению при повторном нагреве, если 55

10%< ф <20%, то разрушение возможно, если ф > 20%, то металл считают не чувствительным к разрушению при повторном нагреве.

Пример. Испытаниям подвергают образцы из двух марок сталей следующего состава: сталь № 1, %: С 0,10; Si 0,34; Мп 1,13; Cr

2,2; Ni 0,52; Мо 0,49. сталь № 2, %: С 0,094; Мп 0,91; Si 0,25;

Ni 1,93; Мо 0,49; V 0,04; Сг 0,16; В 0,001, Предварительно определяют дан н ые для воспроизведения на образцах состояния металла околошовной зоны при электрошлаковой сварке. Этими данными являются скорость нагрева при имитации термоцикла сварки от комнатной температуры до максимальной температуры цикла

Инвгр=5 С/с, скорость охлаждения при имитации термоцикла сварки от максимальной температуры цикла до комнатной

04кв,=1 С/с. Данные, обусловленные физикохимическими характеристиками каждой марки оцениваемой стали, следующие, Для стали ¹ 1 верхняя граница температурного интервала хрупкости при воздействии термоцикла сварки Тв.с. 1450 С, температура нижней границы температурного интервала хрупкости Тн.г.=1360 С, критическая деформация в этом интервале

N(p )

Для стали ¹ 2 верхняя граница температурного интервала хрупкости Тв.t-.2 =1460 С, нижняя граница температурного интервала хрупкости Тв.r.2 =1350 С, критическая деформация в этом интервале акр2 =0 9 мм.

Рассчитывают значение безразмерного инварианта испытания по формуле

0 2 1 тн.г) + Тн.г.

Тв.г. Тв.г.

Для стали N 1

1360 1360

01 = 3 (1 1450) + 1450 0,9793, Для стали ¹ 2

Й = — (1 — — )+ — =0,9748.

1350 1350

3 1460 1460

Для сопоставляемых испытаний значения безразмерного инварианта испытания разных марок сталей должны соответствовать друг другу, т.е. необходимо, чтобы

01 = Щ. Так как для стали ¹1 значения Оне могут быть меньше 0,9793, то и для стали ¹

2 принимаем 0=0,9793.

Исходя из значений безразмерного характеристического инварианта испытания рассчитывают максимальные температуры имитируемых циклов сварки.

Для стали № 1

Тмакс.1 = Тв.г.1 0=1450x0,9793=1420

Для стали N 2

Тмакс.2 = Тв.г.2 0=1460x0 9793=1430

Вычисляют значения темпа деформации образцов в температурном интервале

1744568 хрупкости на этапе охлаждения от максимальной температуры имитируемого термоцикла сварки до нижней границы температурного интервала хрупкости по формуле

Исходя из того, что приближения условий испытаний к экстремальным коэффициент исчерпания пластичности металла в температурном интервале хрупкости К=0,8—

0,95, принимаем для обеих сталей

К1=Kz=0,9, а темп деформации будет равен для стали М 1

1,1

0,9793 1450 — 1360

= 0,0165 мм/ С, для стали М 2

0,9

0,9793 1460 — 1350

=0,0102 мм/ С

На установке ИМАШ-20-78 в вакууме нагревают образец со скоростью 5 С/с до температуоы, равной для стали М 1

Тцвкс j= 1420 С и для образцов стали N-

Тмакс = 1430 С. На этапе охлаждения образцов со скоростью 1 С/с от максимальной температуры имитируемого термоцикла сварки до температуры нижней границы температурного интервала хрупкости, равной для стали N.1 Т .г1= 1360 С и для стали ЬЬ 2

Тн.г.2 = 1350 С, их деформируют растяжением с темпом, равным для стали N 1

В1=0,0165 мм/ С и для стали N. 2 Bz=0,0102 мм/ С. Затем охлаждают образцы с той же скоростью охлаждения до комнатной температуры. Впоследствии осуществляют повторный нагрев образцов до температуры

600 С и 650 С, растягивают при этой температуре со скоростью 0,5 MM/ìèí до разрушения. Определяют после разрушения относительное уменьшение площади поперечного сечения образцов в месте разрыва и по этому критерию судят о склонности металла образцов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки, Результаты испытания сталей представлены в таблице.

Результаты показывают, что в околошовной зоне сварных соединений сталей М

1 и гв 2 будет происходить хрупкое разрушение при повторном нагреве после сварки, 5 однако наиболее опасным с этой точки зрения для стали М 1 будет повторный нагрев до 600 С, а для стали Nâ 2 — повторный нагрев до 650 С, Использование предлагаемого способа

10 наиболее эффективно при технологической подготовке производства новых типов толстостенных сварных конструкций из новых марок сталей.

Формула изобретения

15 Способ оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки, по которому на образце имитируют термический цикл сварки околошовной зоны, растягивают образец пои ох20 лаждении в температурном интервале хрупкости с докритической скоростью и оцениваю-. склонность металла к разрушению по его механическим свойствам при температуре повторного нагрева, о т л и ч а ю25 шийся тем, что, с целью приближения условий испытаний к реальным, растяжение образца в температурном интервале хрупкости проводят со скоростью В деформации, определяемой по формуле

B =К где К=0,8 — 0,95 — коэффициент исчерпания пластичности металла в температурном интервале хрупкости;

35,р — критическая деформация металла в температурном интервале хрупкости;

Тв,r. — верхняя граница температурного интервала хрупкости металла;

Тн,г, — нижняя граница температурного

40 интервала хрупкости металла; д- безразмерный характеристический инвариант испытания, определяемый по формуле

g ) 2 (1 Тн.г ) + Тн.г. Тмзис

Тв.г. " в.г. Тв.г. где Тг вкс — максимальная температура имитируемого термоцикла сварки, 10

1744568

15

25

35

Составитель Э. Карпиловская

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Редактор А.Лежнина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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