Способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах



Способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах
Способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах
Способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах
Способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах
Способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах
Способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах

 


Владельцы патента RU 2505811:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ-Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского" (RU)

Изобретение относится к области моделирования технологических процессов, в частности к моделированию методами конечно-элементного (МКЭ) анализа горячего пластического деформирования металлических материалов и сплавов в процессах обработки металлов давлением (ОМД). Сущность: изготавливают не менее двух заготовок клиновидной формы и после их нагрева до различной температуры производят деформацию каждой заготовки методом продольной прокатки начиная с узкого конца, а охлаждение производят на различных скоростях охлаждения для обеспечения формирования различных прочностных характеристик и размера зерна. Каждую заготовку разделяют не менее чем на два образца, определяют металлографическими исследованиями размер зерна, испытаниями на прочность механические характеристики каждого образца, температуры при проведении деформации и скорости охлаждения. Разрабатывают математическую модель, в которой совмещают результаты экспериментальных исследований и расчеты напряженно-деформированного состояния испытываемых заготовок. Технический результат: снижение количества физических экспериментальных исследований и повышение качества итоговых данных. 6 ил.

 

Изобретение относится к области моделирования технологических процессов, в частности к моделированию методами конечно-элементного (МКЭ) анализа горячего пластического деформирования металлических материалов и сплавов в процессах обработки металлов давлением (ОМД). Данный способ может применяться при проведении научных исследований и в промышленности.

Известен способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах, включающий изготовление заготовки, се нагрев, деформацию, охлаждение, определение полученного напряженно-деформированного состояния и распределение полученного размера зерна (см. напр. DE 2005014221, МПК B21J 5/00 от 05.10.2006)

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет получать образцы с различной микроструктурой, размером зерна для определения, в результате моделирования горячего пластического формоизменения металлических материалов и сплавов, величин прочностных характеристик, таких как прочность, твердость, пластичность, и размера зерна в образцах в зависимости от степеней их деформации и режимов охлаждения, включающих начальную температуру и скорость охлаждения.

В основу изобретения поставлена задача получить образцы с различной микроструктурой, размером зерна для определения в результате моделирования горячего пластического формоизменения металлических материалов и сплавов, величин прочностных характеристик, таких как прочность, твердость, пластичность, и размера зерна в образцах в зависимости от степеней их деформации и режимов охлаждения, включающих начальную температуру и скорость охлаждения.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах, включающем изготовление заготовки, ее нагрев, деформацию, охлаждение, определение полученного напряженно-деформированного состояния и распределение полученного размера зерна, напряженно-деформированного состояния испытываемых заготовок, для экспериментальных исследований изготавливают не менее двух заготовок клиновидной формы и после их нагрева до различной температуры производят деформацию каждой заготовки методом продольной прокатки начиная с узкого конца, а охлаждение производят на различных скоростях охлаждения для обеспечения формирования различных прочностных характеристик и размера зерна, каждую заготовку разделяют не менее чем на два образца, определяют металлографическими исследованиями размер зерна, испытаниями на прочность механические характеристики каждого образца, которые зависят от природы материала образца, температуры при проведении деформации и скорости охлаждения и разрабатывают математическую модель, в которой совмещают результаты экспериментальных исследований и расчеты.

Поскольку для экспериментальных исследований изготавливают не менее двух заготовок клиновидной формы и после их нагрева до различной температуры производят деформацию каждой заготовки методом продольной прокатки начиная с узкого конца, а охлаждение производят на различных скоростях охлаждения для обеспечения формирования различных прочностных характеристик и размера зерна, каждую заготовку разделяют не менее чем на два образца, определяют металлографическими исследованиями размер зерна, испытаниями на прочность механические характеристики каждого образца, которые зависят от природы материала образца, температуры при проведении деформации и скорости охлаждения и разрабатывают математическую модель, в которой совмещают результаты экспериментальных исследований и расчеты напряженно-деформированного состояния испытываемых заготовок, обеспечивается получение образцов с различной микроструктурой, размером зерна для определения в результате моделирования горячего пластического формоизменения металлических материалов и сплавов, величин прочностных характеристик, таких как прочность, твердость, пластичность, и размера зерна в образцах в зависимости от степеней их деформации и режимов охлаждения, включающих начальную температуру и скорость охлаждения.

На фиг.1 показана клиновидная заготовка; на фиг.2 - схема прокатки клиновидной заготовки; на фиг.3 - клиновидная заготовка после продольной прокатки; на фиг.4 - схема выреза образцов из деформированной заготовки; на фиг.5 - результаты испытаний образцов на растяжной машине типа Instron; на фиг.6 - результаты моделирования прокатки клиновидной заготовки, где а) распределение деформаций, б) распределение температур.

Заявленный способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах осуществляют следующим образом.

Для экспериментальных исследований изготавливают не менее двух заготовок клиновидной формы (фиг.1) из металлического материала или сплава. На боковой поверхности каждой клиновидной заготовки через равные промежутки наносят вертикальные насечки для определения в последующем распределения степени деформации по длине заготовки после прокатки. После нагрева заготовок до различной температуры производят деформацию каждой заготовки методом продольной прокатки начиная с узкого конца, который выполнен под углом α (фиг.2). Чем больше угол α, длипа заготовки L и соответственно ее толщина Н, тем большая величина степени деформации может быть реализована в ходе одного эксперимента. Охлаждение деформированных заготовок (фиг.3) производят на различных скоростях охлаждения для обеспечения формирования различных прочностных характеристик и размера зерна. Каждую деформированную заготовку (фиг.4) разделяют не менее чем на два образца и на растяжной машине, например Instron, автоматически определяют значения пределов текучести и прочности в зависимости от условий иагружения (фиг.5). Эти механические характеристики зависят от природы материала образца, его напряженно-деформированного состояния, температуры в ходе деформации и скорости охлаждения. Металлографическими исследованиями определяют размер зерна.

По результатам испытаний строится функциональная зависимость:

D=Dб*Km*Kε*Kτ, где

D - расчетный параметр, например размер зерна, предел прочности и др.;

Dб - расчетное значение параметра при базовых значениях температуры деформации, степени деформации и скорости охлаждения;

Km, Kε, Kτ - поправочные коэффициенты, корректирующие базовую величину D в зависимости от соответственно температуры, степени деформации и скорости охлаждения.

Затем выполняют конечно-элементное математическое моделирование процесса прокатки заготовок клиновидной формы, например, в программе DeForm 3D. Параметры моделирования - контактное трение, геометрия зоны очага деформации, температурно-скоростной режим выбираются таким образом, чтобы в результате получить модель максимально приближенную к реально деформированной заготовке. Результатом моделирования является численная картина распределения напряженно - деформированного состояния по объему образца (фиг.6а и 6б).

На заключительном этапе создают математическую модель, которая совмещает результаты экспериментов и расчеты напряженно-деформированного состояния испытываемых заготовок, то есть результаты физических исследований такие как прочность, твердость, пластичность, полученные в зависимости от степени деформации и условий охлаждения с картиной распределения напряженно-деформированного состояния полученной методами конечно-элементного математического моделирования.

Предложенный способ позволяет снизить количество физических экспериментальных исследований за счет использования заготовок клиновидной формы, не требует изготовления специального оборудования и инструмента, имеет низкую себестоимость, а качество итоговых данных обладает высокой точностью и обеспечивает решение поставленной задачи.

Способ определения прочностных характеристик и величины зерна в металлических материалах и сплавах, включающий изготовление заготовки, ее нагрев, деформацию, охлаждение, определение полученного напряженно-деформированного состояния и распределение полученного размера зерна, отличающийся тем, что для экспериментальных исследований изготавливают не менее двух заготовок клиновидной формы и после их нагрева до различной температуры производят деформацию каждой заготовки методом продольной прокатки, начиная с узкого конца, а охлаждение производят на различных скоростях охлаждения для обеспечения формирования различных прочностных характеристик и размера зерна, каждую заготовку разделяют не менее чем на два образца, определяют металлографическими исследованиями размер зерна, испытаниями на прочность механические характеристики каждого образца, которые зависят от природы материала образца, температуры при проведении деформации и скорости охлаждения и разрабатывают математическую модель, в которой совмещают результаты экспериментальных исследований и расчеты напряженно-деформированного состояния испытываемых заготовок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к контролю коррозионной стойкости против локальной коррозии стальных изделий, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах.

Изобретение относится к области металловедения, а именно к способу контроля структурного состояния закаленных низкоуглеродистых сталей. Способ заключается в том, что предварительно готовят образец прямоугольной формы, выполняют косой срез на образце под углом 15-25° от нижнего основания к верхнему, принимая за основание длину образца.
Изобретение относится к области аналитической химии благородных металлов, и может быть использовано для определения золота, серебра и металлов платиновой группы в сульфидных рудах и продуктах их переработки.
Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способу количественного определения церия в стали и сплавах. .

Изобретение относится к устройству для сбора газов в металлических расплавах, содержащему имеющий собирающее тело погружной конец, оканчивающийся у погружного конца газоподвод и газоотвод для проникающих через собирающее тело газов, причем собирающее газ тело имеет расположенную на погружном конце торцевую сторону и боковые стенки.

Изобретение относится к лиозолю для токсикологических испытаний. .

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано при исследованиях ферромагнетиков, подверженных действию сверхсильных магнитных полей.

Изобретение относится к области магнетизма ферромагнетиков и может быть использовано для регистрации структурного изменения ферроматериала в сверхсильном магнитном поле.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения благородных металлов в природных и промышленных объектах. .

Изобретение относится к исследованию структуры высокопрочных сталей. .

Изобретение относится к методам тепло-прочностных испытаний конструкционных материалов преимущественно при прогнозировании и оценке работоспособности необлучаемых конструктивных элементов в атомной технике. Для продления срока службы корпусов реакторов типа ВВЭР предварительно определяют уровни зернограничных сегрегаций фосфора в образцах-свидетелях, изготовленных из стали исследуемого корпуса реактора, подвергавшихся воздействию рабочих температур реактора с выдержками в течение различного времени, определяют методом экстраполяции уровень накопления сегрегаций на момент окончания эксплуатации реактора, затем изготавливают экспериментальные образцы из стали, близкой по составу и микроструктуре к стали исследуемого корпуса реактора, проводят охрупчивающий отжиг экспериментальных образцов в исходном состоянии при температуре максимального развития отпускной хрупкости в течение различного времени, определяют сдвиг критической температуры хрупкости (ТК) и уровень сегрегаций на экспериментальных образцах, подвергшихся отжигу, определяют корреляцию между сдвигом критической температуры хрупкости и уровнем сегрегаций. По полученным корреляционной кривой и экстрополяции уровня накопления сегрегаций определяют степень охрупчивания исследуемой стали в прогнозируемый период срока эксплуатации корпуса реактора. 2 ил.

Изобретение относится к погружному зонду для расплавов железа или стали с несущей трубкой с погружным концом и окружной боковой поверхностью, причем зонд может быть выполнен в качестве пробоотборника для шлака, находящегося на расплаве железа или стали. На погружном конце несущей трубки установлена измерительная головка с погружным концом и окружной боковой поверхностью, а на погружном конце измерительной головки расположены по меньшей мере один датчик или входное отверстие для камеры для проб, находящейся внутри устройства. При этом на окружной боковой поверхности несущей трубки или измерительной головки расположено входное отверстие, ведущее через входной канал в предкамеру, расположенную внутри несущей трубки или измерительной головки. Предкамера имеет на своем конце, противоположном погружному концу измерительной головки, входное отверстие, ведущее в камеру для отбора проб шлака, расположенную внутри устройства со стороны предкамеры, противоположной погружному концу. Достигаемый при использовании данного устройства технический результат заключается в получении высококачественных проб, обеспечивающих точный анализ. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к химическим индикаторам на твердофазных носителях, и может быть использовано для экспрессного определения металлов в водных средах и бензинах с помощью реагентных индикаторных трубок на основе хромогенных дисперсных кремнеземов. В качестве наполнителя содержат хромогенные ионообменные дисперсные кремнеземы с ковалентно привитыми гидразонами или формазанами. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности и избирательности определения металлов. 3 табл., 4 ил., 14 пр.

Изобретение относится к исследованию титановых сплавов. Способ включает следующие этапы: (а) отрезают образец от детали из упомянутого сплава; (b) подготавливают область поверхности среза упомянутого образца вблизи кромки упомянутого образца, причем упомянутая кромка является общей с наружной поверхностью детали, таким образом, чтобы позволить обследовать упомянутую область поверхности среза; (с) обследуют альфа-фазу данной области при более чем 5000-кратном увеличении; (d) решают, присутствуют ли или отсутствует зернистость в альфа-фазе первой зоны, смежной с упомянутой кромкой образца; (е) делают вывод о существовании загрязнения упомянутого сплава газом, если установлено отсутствие зернистости в альфа-фазе упомянутой смежной зоны, но зернистость (зерна) присутствует(ют) в альфа-фазе вне упомянутой смежной зоны. Достигается повышение точности и надежности исследования. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительному зонду для измерения и взятия проб в металлическом расплаве. Зонд выполнен с расположенной на штанге измерительной головкой, которая содержит, по меньшей мере, датчик температуры и камеру для проб. Камера для проб, по меньшей мере, частично окружена измерительной головкой и включает проходящий через измерительную головку входной канал. Входной канал имеет расположенный в измерительной головке внутренний участок длиной L и, по меньшей мере, в одном месте на этом внутреннем участке имеет минимальный диаметр D, причем отношение L/D2 меньше 0,6 мм-1. Также измерительная головка имеет противодавление Pg меньше 20 мбар, которое определяют таким образом, что вначале по трубе с двумя открытыми концами пропускают эталонный газовый поток и в трубе замеряют давление P1. Затем трубу одним концом вставляют во входной канал измерительной головки, пропускают по трубе такой же эталонный газовый поток и замеряют в трубе давление P2 и из разности Р2-Р1 определяют противодавление Pg измерительной головки. Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении качества получаемых проб. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системе измерения свойств расплавленного металла. Система включает в себя контактный блок, выполненный с возможностью функционального соединения с первым концом по существу полого держателя штанги. Контактный блок разъемно и электрически соединен с измерительным датчиком и принимает от него аналоговые сигналы. Контактный блок преобразует принятые аналоговые сигналы в ультразвуковые сигналы и передает ультразвуковые сигналы через полость держателя штанги. Приемный блок выполнен с возможностью функционального соединения со вторым концом держателя штанги. Второй конец держателя штанги противоположен первому концу. Приемный блок принимает ультразвуковые сигналы от контактного блока и преобразует принятые ультразвуковые сигналы в цифровой сигнал напряжения. Использование изобретения обеспечивает безопасность системы и минимизирует затраты на ее ремонт. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способу анализа множества ферромагнитных частиц. Способ характеризуется тем, что выравнивают частицы упомянутого множества таким образом, что каждая из упомянутых частиц ориентирована практически в одном и том же направлении. Затем фиксируют частицы упомянутого множества в этом выравнивании и обнажают внутренние области упомянутых частиц, выровненных таким образом. После определяют природу сплава, составляющего каждую из упомянутых частиц, группируют упомянутые частицы по категориям в зависимости от их природы и определяют в каждой категории металлургическую структуру и химический состав одной или более из упомянутых частиц. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении точности и надежности анализа ферромагнитных частиц. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано при оценке влияния структуры магниевого сплава на аналитический сигнал. Способ контроля структурных изменений в магниевом сплаве включает измерение интенсивностей входящих в состав магниевого сплава химических элементов эмиссионно-спектральным методом на исходных и термообработанных в специальных контейнерах образцах, что позволяет обеспечить высокую точность и информативность контроля элементного состава и структуры магниевого сплава. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к аглококсодоменному переделу, и может быть использовано для аттестации пригодности к доменной плавке компонентов железорудной части доменной шихты и коксов. В способе осуществляют подготовку исходного железорудного сырья и кокса, при которой исходное железорудное сырье подвергают восстановительно-тепловой обработке с одновременным науглероживанием, а кокс подвергают газификации, осуществляют сбор жидкого расплава, стекающего через коксовую насадку, определяют общее количество расплава, образовавшегося при плавлении подготовленного железорудного сырья, определяют количество расплава, собранного после коксовой насадки, определяют полноту истечения расплава как отношение количества расплава, собранного после коксовой насадки к общему количеству расплава, образовавшемуся при плавлении подготовленного железорудного сырья, сравнение показателя полноты истечения расплава с эталонным показателем полноты истечения расплава эталонного железорудного сырья на эталонной коксовой насадке. 7 з.п. ф-лы, 2 прим., 4 табл.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для исследования и/или анализа материалов путем определения их физических или химических свойств. Определение осуществляют по механическим и структурным характеристикам. При этом дополнительно определяют величину микротвердости перлита и при микротвердости менее 240 HV и не превышающей 50 HV разности значений по микротвердости между перлитом и ферритом принимают решение о пригодности стали для обработки путем холодной пластической деформации. Достигается повышение информативности и надежности определения. 4 ил.
Наверх