Способ определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов



Способ определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов
Способ определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов
Способ определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов

 


Владельцы патента RU 2530480:

Открытое акционерное общество "Техдиагностика" (RU)

Изобретение относится к испытаниям механических свойств металлов и сплавов и может быть использовано для оценки критической температуры хрупкости металла элементов нефтегазового оборудования при эксплуатации в сероводородсодержащих средах, вызывающих охрупчивание металла. Сущность: образцы отбирают из макропробы одного из элементов группы нефтегазового оборудования. Каждый образец подвергают охрупчиванию путем растяжения до одной из остаточной деформации 0, 10, 20, 30, 40%, после чего из каждого образца макропробы вырезают образцы испытаний и измеряют в них твердость при каждой из температур испытаний -60, -40, -20, 0, 10, 20°C, затем для каждой остаточной деформации и каждой температуры испытаний проводят испытания образцов на ударный изгиб. Устанавливают зависимости ударной вязкости от твердости для каждой из температур испытаний. Критическую температуру хрупкости определяют как точку пересечения кривой зависимости ударной вязкости от температуры с нормативным значением ударной вязкости для металла данной группы однотипного нефтегазового оборудования. Зависимости ударной вязкости от твердости описываются формулой KCV=A еB*H, где A и B - экспериментальные коэффициенты для каждого металла и температуры испытаний, H - твердость по Бринелю. Технический результат: повышение точности и надежности результатов, снижение трудоемкости и материалоемкости оценки критической температуры хрупкости металлов и сплавов нефтегазового оборудования при эксплуатации в сероводородсодержащих средах. 3 ил.

 

Изобретение относится к испытаниям механических свойств металлов и сплавов и может быть использовано для оценки критической температуры хрупкости металла элементов нефтегазового оборудования при эксплуатации в сероводородсодержащих средах, вызывающих охрупчивание металла.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов [Патент РФ №2095783, опубл. 10.11.1997 г.], в котором для оценки критической температуры хрупкости образец охлаждают, нагружают, устанавливают зависимость твердости (НВ) от температуры, по ней определяют тангенс угла наклона к оси температур и по степени крутизны этой зависимости α определяют критическую температуру хрупкости по соотношению

lnTкр=k1lnα+k2,

где α - тангенс угла наклона температурной зависимости твердости, k1 и k2 - экспериментальные коэффициенты для каждого типа металла и сплава.

Однако такое определение критической температуры хрупкости влечет неизбежные искажения результатов при определении коэффициента α (тангенса угла наклона прямой lnHB) и вследствие этого потерю точности определения критической температуры хрупкости, особенно в тех случаях, когда значения критической температуры близки.

Технический результат заключается в повышении точности и надежности результатов и снижении трудоемкости и материалоемкости оценки критической температуры хрупкости металлов и сплавов нефтегазового оборудования при эксплуатации в сероводородсодержащих средах.

Задача решается тем, что в способе определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов, включающем охлаждение образцов, их нагружение и установление зависимости твердости от температуры, образцы отбирают из макропробы одного из элементов группы нефтегазового оборудования, каждый из которых подвергают охрупчиванию путем растяжения до одной из остаточной деформации δ1-5 0, 10, 20, 30, 40%, после чего из каждого образца макропробы вырезают образцы испытаний и измеряют в них твердость при каждой из температур испытаний T1-6 -60, -40, -20, 0, 10, 20°C, затем для каждой остаточной деформации и каждой температуры испытаний проводят испытания образцов на ударный изгиб, устанавливают зависимости ударной вязкости (KCV) от твердости (Н) для каждой из температур испытаний (T1-6), которые используют при периодических контролях охрупчивания металла эксплуатируемого оборудования, для определения значений KCV по значениям Н, получаемым на минипробах для каждой из T1-6, а критическую температуру хрупкости (Tкр) определяют как точку пересечения кривой зависимости KCV от температуры (T) с нормативным значением (KCV) для металла данной группы однотипного нефтегазового оборудования, причем зависимости KCV от Н описываются формулой KCV=A еB*H, где A и B - экспериментальные коэффициенты для каждого металла и температуры испытаний, H - твердость по Бринелю.

На фиг.1 представлены полученные зависимости Н(Т) и KCV(T) деформированных на δ1-5 зон образцов металла, на фиг.2 - зависимости ударной вязкости от твердости, описываемые формулой KCV=A еH*H, на фиг.3 - определение Tкр для металла по предлагаемому способу.

Способ реализуется следующим образом.

Отбирают макропробу от одного из элементов группы нефтегазового оборудования (обечайка, днище или штуцер) для изготовления 10 образцов размерами 250×40×12 мм; каждый из которых подвергают растяжению до одной из остаточной деформации δ1-5 (по два образца на каждую остаточную деформацию). Каждый образец, растянутый до одной из остаточной деформации размечают по контрольным сечениям, условная остаточная деформация в средней части которых оценивалась значениями δ1-5, разрезают на образцы прямоугольной формы размерами не менее 55×40×12 мм для дальнейших испытаний (различные состояния деформирования эквивалентны различным состояниям охрупчивания при воздействии сероводородсодержащих сред). Испытуемые образцы с датчиком температуры помещают в охлаждающую среду и выдерживают до достижения температуры испытания. Замер твердости осуществляют методом вдавливания индентора в средней части поверхности образца, где деформация составляет требуемую величину δ1-5. Замеры выполняют по методике ГОСТ 9012-78 на твердомере стационарном. Каждый из полученных образцов испытывают на твердость при одной из температур T1-6. В каждом из этих сечений образцов проводятся по 25 измерений Н при T1-6. Строят зависимость H(T).

Затем проводят испытания на ударный изгиб по методике ГОСТ 9454-78 по 6 испытаний для каждой δ1-5 и каждой T1-6.

Устанавливают зависимость ударной вязкости от твердости, которая описывается формулой KCV=A еB*H (фиг.2), где A и B - экспериментальные коэффициенты для каждого металла при определенной температуре испытаний (приведены в таблице), H - твердость по Бринелю.

Температура испытаний, °C Коэффициенты зависимости KCV=A еB*H Достоверность аппроксимации R
A3 B3
+20 127,4 -0,0151 0,9885
+10 179,2 -0,0173 0,995
0 307,34 -0,0204 0,9859
-20 337,01 -0,0215 0,9901
-30 306,15 -0,0216 0,9830
-40 353,94 -0,0228 0,9386
-50 416,17 -0,0237 0,9093
-60 258,18 -0,0213 0,8912

Для определения критической температуры хрупкости необходимо на графике зависимости ударной вязкости от температуры, где значения ударной вязкости взяты из зависимости ударной вязкости от твердости, описываемых формулой KCV=A еB*H, найти точку пересечении с нормативным значением ударной вязкости для металла данной группы однотипного нефтегазового оборудования.

Таким образом, для оценки критической температуры хрупкости металла при диагностировании группы оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах по предлагаемому способу достаточно: измерить твердость с минипробы металла (без изготовления специальных образцов), взятой от одного из конструктивных узлов оборудования и провести измерения твердости при различных температурах; каждому измеренному значению твердости (H) в интервале температур будет соответствовать свое значение ударной вязкости (KCV) (фиг.2); построить зависимость KCV(T) (фиг.3) и найти пересечение с нормативным значением ударной вязкости (KCV). Это и будет значение критической температуры хрупкости для металла.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет с высокой точностью оценить критическую температуру хрупкости металла при диагностировании группы оборудования, эксплуатируемого в сероводородсодержащих средах без больших трудо- и материальных затрат, а также оценить охрупченность металла для группы однотипного оборудования, работающего в одинаковых условиях.

Способ определения критической температуры хрупкости металлов и сплавов, включающий охлаждение образцов, их нагружение и установление зависимости твердости от температуры, отличающийся тем, что образцы отбирают из макропробы одного из элементов группы нефтегазового оборудования, каждый из которых подвергают охрупчиванию путем растяжения до одной из остаточной деформации 0, 10, 20, 30, 40%, после чего из каждого образца макропробы вырезают образцы испытаний и измеряют в них твердость при каждой из температур испытаний -60, -40, -20, 0, 10, 20°C, затем для каждой остаточной деформации и каждой температуры испытаний проводят испытания образцов на ударный изгиб, устанавливают зависимости ударной вязкости от твердости для каждой из температур испытаний, которые используют при периодических контролях охрупчивания металла эксплуатируемого оборудования, для определения значений ударной вязкости по значениям твердости, получаемым на минипробах для каждой из температур испытаний, а критическую температуру хрупкости определяют как точку пересечения кривой зависимости ударной вязкости от температуры с нормативным значением ударной вязкости для металла данной группы однотипного нефтегазового оборудования, причем зависимости ударной вязкости от твердости описываются формулой KCV=A еB*H, где A и B - экспериментальные коэффициенты для каждого металла и температуры испытаний, H - твердость по Бринелю.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам испытаний образцов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов материалов на прочность. Сущность: установка содержит основание (1), на котором установлены захваты (2, 3) для образца (4), нагружатель (5), связанный с захватами (2, 3), приспособление для нагрева в виде теплопроводного кольца (6) для закрепления на поверхности образца (4), фрикционный элемент (7), предназначенный для взаимодействия с наружной поверхностью кольца (6), приспособление для поджатия фрикционного элемента (7) к кольцу (6) с упругим элементом (8) и регулятором (9) деформации упругого элемента (8), приспособление для перемещения фрикционного элемента (7) относительно кольца (6) с платформой (10) и приводом (11) вращения с валом (12).

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к механическим и теплофизическим испытаниям и может быть использовано в процессе испытаний токопроводящих материалов. Заявлена установка для механических и теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве, содержащая рабочую вакуумную камеру с токоподводами, цанговыми зажимами для крепления образца, регистрирующую аппаратуру, нагружающий элемент, динамометр.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для исследования энергообмена при деформировании и разрушении твердых тел.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для проведения механических испытаний материала, в частности испытаний на растяжение и ползучесть образцов в канале ядерного реактора.

Группа изобретений относится к испытательной технике и может быть использована для динамических испытаний режущей проволоки на разрыв. Согласно изобретению, способ динамических испытаний режущей проволоки включает ее растяжение в испытательной установке, при этом растяжение проводят путем протягивания проволоки через зону температурного нагрева с заданными значениями температуры и усилия натяжения.

Использование: для определения склонности материала к образованию трещин при повторном нагревании. Сущность заключается в том, что выполняют измерение длины образца; приложение к образцу первого напряжения для достижения заданного удлинения образца; осуществление заданной термообработки образца; приложение к образцу второго напряжения до его разрушения по меньшей мере на две различные части и определение склонности разрушенного образца к образованию трещин при повторном нагревании.

Изобретение относится к стоматологическому материаловедению и может быть использовано для определения прочности соединения стоматологических восстановительных материалов (стоматологических реставрационных материалов) с твердыми тканями зуба пациента - дентина и эмали, в т.ч.

Изобретение относится к способам определения термомеханических характеристик материалов с памятью формы, температур фазовых превращений, величины эффекта памяти формы и может быть использовано в различных областях техники.

Изобретение относится к методам определения механических характеристик диэлектрических материалов с учетом условий их применения. Сущность способа заключается в определении предела прочности при растяжении стандартных образцов при высокоинтенсивном индукционном нагреве промежуточного металлического нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с испытываемым образцом. Способ учитывает специфику применения материалов в изделиях с высокими тепловыми нагрузками и скоростями нагрева. В условиях эксплуатации материала в таких изделиях происходит динамический нагрев при скоростях нагрева 10-100°C/с до температуры начала деструкции при общем времени нагрева от нескольких десятков секунд до нескольких минут. Вследствие этого материал в условиях эксплуатации испытывает тепловые нагрузки меньшей длительности, чем в условиях механических испытаний образцов стандартными методами. При этом время выдержки материала при высокой температуре оказывает существенное влияние на его механические характеристики. Индукционный нагрев позволяет осуществлять быстрый нагрев промежуточного металлического нагревательного элемента с возможностью точного автоматического управления нагревом, что является существенным для реализации динамического нагрева по заданному режиму. Технический результат − уменьшение погрешности определения механических характеристик. 5 ил.

Изобретение относится к лабораторной испытательной технике, а именно к устройству для формирования и испытания образца тонких покрытий в нагрузочных устройствах, например, для испытания тонких керамических теплозащитных покрытий на механическую прочность растяжением. Устройство представляет собой предназначенный для размещения в нагрузочном устройстве разъемный узел, содержащий две цилиндрические и кольцевую детали, внешняя поверхность которых предназначена для нанесения, по меньшей мере, одного слоя тонкого покрытия и формирования образца. Одна из цилиндрических деталей имеет по оси цилиндрическую полость, а другая ответный цилиндрический выступ, размещаемый через отверстие кольца в полости и соединяющий детали. Внешняя поверхность цилиндрических деталей имеет адгезию, а поверхность кольца - без адгезии с наносимыми на них покрытиями, и служат, соответственно, для формирования образца в виде соединительного слоя и/или безадгезионного тонкого покрытия. Технический результат: повышение достоверности исследования прочностных свойств тонких покрытий путем формирования безадгезионного продольного поверхностного образца на разъемном узле, пригодном для нагружения продольным и температурным нагружениями. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи и может быть использовано для испытания стойкости оптического кабеля (ОК), предназначенного для прокладки в защитном полимерном трубопроводе (ЗПТ), к действию замерзающей воды в ЗПТ. Отличительная особенность заявленного способа испытаний стойкости ОК действию замерзающей воды заключается в том, что для испытаний дополнительно используют демпфирующую полимерную трубку, проложенную в стальной трубе вместе с ЗПТ с образцом OK. ЗПТ и стальная труба заполнены дистиллированной водой. При этом испытаниям подвергается образец ОК в заполненном водой ЗПТ, а нагрузка на ЗПТ при замерзании воды в стальной регулируется за счет изменения избыточного давления в демпфирующей полимерной трубке. Технический результат - возможность моделирования нагрузки на ОК в промерзающем грунте в условиях, близких к условиям прокладки ОК в ЗПТ в различных категориях промерзающего грунта. 1 ил.

Изобретение относится к способам определения термомеханических характеристик полимерных композиционных материалов, конкретно к способам определения температуры стеклования Tc, температуры α-перехода Tα температуры начала перехода из стеклообразного состояния в высокоэластичное Tнп и теплостойкости. Сущность: образец в виде стержня постоянного сечения с шарнирно закрепленными концами подвергают продольному изгибу до заданной величины прогиба/напряжения, производят нагрев образца при постоянном прогибе с регистрацией изменения осевой силы, и температуры нагрева. Для построения термомеханической кривой и определения температуры начала перехода Tнп, температуры стеклования Tс и температуры α-перехода Tα продольное нагружение образца осуществляют до величины прогиба/напряжения, исключающих его разрушение в исследуемом диапазоне температур, соответствующих 0,05-0,1 от разрушающего прогиба/напряжения образца, а для определения теплостойкости продольное нагружение осуществляют до величины прогиба/напряжения, обеспечивающих гарантированное разрушение образца в исследуемом интервале температур, преимущественно 0,1-0,5 от разрушающего прогиба/напряжения, при этом теплостойкость образца определяют как температуру, при которой происходит его разрушение. Технический результат: обеспечение высокой достоверности получаемых результатов, а также возможность определения комплексной характеристики полимерного композиционного материала - его теплостойкости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токопроводящих материалов с целью получения диаграммы деформирования при одноосном растяжении и импульсном нагреве в вакууме или инертной среде. Устройство выполнено в виде составной круговой направляющей, образованной двумя, имеющими возможность поворота относительно общей оси, фрагментами. Их опорные поверхности совпадают по форме с вогнутой поверхностью образца и соосными шарнирными хвостовиками, соединенными с нагружающим устройством. Опорная поверхность обоих фрагментов круговой направляющей в местах контакта с образцом выполнена из токонепроводящего и теплоизолирующего материала, механизмы для крепления образца выполнены в виде токоподводов, при этом, по крайней мере, один из них электрически изолирован от фрагментов устройства. В состав устройства включены датчики усилия, деформации, температуры образца, источник электрического тока и коммутирующее устройство, а также герметичная охватывающая рабочая камера, оснащенная токовводами силовой электрической цепи нагрева образца и электрически изолированным разъемом для подключения датчиков усилия, деформации и температуры образца. Технический результат: возможность точного определения механических свойств дугообразных образцов из токопроводящих материалов при одноосном растяжении и импульсном нагреве в вакууме или инертной среде с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых материалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательному оборудованию, а конкретно к оборудованию для испытаний на статические силовые воздействия при повышенных температурах. Установка содержит силовую раму, тепловую камеру с нагревателем и крышкой, приспособление для установки в камере объекта испытаний (ОИ), механизм растягивающего нагружения, протоки охлаждения, регистрирующую аппаратуру, связанную с ПЭВМ. Тепловая камера закреплена сверху на силовой раме. Приспособление для установки ОИ снабжено по крайней мере двумя тягами и по крайней мере четырьмя регулируемыми по высоте съемными опорами, выполненными с возможностью размещения внутри тепловой камеры попарно симметрично вдоль ее продольной оси. Механизм растягивающего нагружения выполнен в виде двух закрепленных на силовой раме одинаковых съемных силовозбудителей, размещенных снаружи тепловой камеры соосно с ОИ и симметрично относительно ее поперечной оси, и двух нагрузочных штанг, проходящих через торцы тепловой камеры вдоль ее продольной оси, снабженных опорами, установленными на силовой раме соосно с ОИ. Один конец каждой нагрузочной штанги жестко соединен с ОИ, а другой через охлаждаемую при помощи протоков охлаждения муфту через съемный динамометр соединен с соответствующим силовозбудителем. Технический результат: обеспечение проведения испытаний крупногабаритных объектов на статические силовые воздействия до 50 тонн при температуре до 1000°С, при удобстве установки крупногабаритного ОИ соосно механизму растягивающего нагружения и обеспечение возможности изменения статического усилия на ОИ. 5 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к высокотемпературным испытаниям на прочность, и может быть использовано при исследовании свойств наплавленного металла, обладающего высокой твердостью, на установках тепловой микроскопии. Образец выполнен в виде стержневой рабочей части и конических захватных частей из разнородных материалов, удельные сопротивления которых выбраны из соотношения ρ з/ ρ р≥1.2, где ρ з и ρ р - удельные электросопротивления захватных и рабочей частей соответственно. Длина рабочей и захватных частей выбирается из соотношения Lз/Lp=(0,5-:-1,5), а материал захватных частей - из металла с большей жаропрочностью, чем материал рабочей части образца. Технический результат: повышение точности высокотемпературных испытаний на прочность и вязкость путем создания равномерности распределения температуры по длине испытуемого образца, возможность определения характеристик жаропрочности при испытаниях наплавленного металла, возможность регулирования скорости нагрева и охлаждения образцов за счет изменения длины и захватных частей материала, снижение стоимости изготовления образцов из наплавленного металла, обладающего высокой твердостью, за счет упрощения формы испытуемого образца. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов с памятью формы, а именно сплавов на основе никелида титана, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства для определения и контроля радиальных напряжений термомеханического возврата, необходимых для обеспечения работоспособности соединений при сборке конструкций с помощью муфт из материала с эффектом памяти формы. Сущность изобретения: испытанию подвергают полый цилиндрический образец круглого сечения с аустенитной структурой. Предварительно измеряют размеры диаметра его внутренней полости и высоты, затем охлаждают цилиндрический образец до температуры образования мартенситной структуры и в этом состоянии его подвергают деформированию путем раздачи его внутренней полости на стержне с диаметром на 2-8% больше диаметра внутренней полости, измеренной в первоначальном аустенитном состоянии. Затем образец со стержнем нагревают до температуры образования аустенитной структуры и после этого прикладывают усилия для разъединения стержня и образца и в момент начала страгивания стержня из внутренней полости образца фиксируют величину приложенного усилия. Напряжение термомеханического возврата определяют из соотношения. Технический результат: создание способа определения величины термомеханических напряжений возврата, возникающих в радиальном направлении в термомеханических соединениях, осуществляемых с помощью муфт, изготовленных из материала с эффектом памяти формы.

Изобретение относится к механическим испытаниям, а конкретно к испытаниям токсичных материалов на растяжение в условиях малоциклового нагружения в вакууме при повышенных температурах. Установка содержит вакуумируемую рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, представляющий собой рычаг с грузом, соединенный с одной стороны с захватом, а с другой с гидравлическим домкратом, снабженным управляемым клапаном, нагреватель образца, протоки охлаждения, выполненные, по крайней мере, в одном из захватов, регистрирующую аппаратуру, установленную непосредственно на рабочей части образца и на охлаждаемом захвате, сигналы с которой поступают на контрольно-измерительную аппаратуру, а с нее на ПЭВМ. Груз подвешен к рычагу через металлическую проволоку, на участке которой имеются зажимы, соединенные с клеммами аккумулятора, один из которых соединен через тиристор, управляемый через блок сравнения регистрирующей аппаратурой, установленной на образце. Технический результат: возможность получения диаграмм деформирования в условиях малоциклового нагружения со скоростями деформирования в диапазоне 10-2-10-4 с-1 с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых токсичных материалов за счет имеющейся двойной герметизации образцов из токсичных материалов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям объектов, а именно к устройствам для испытаний объектов на вибронагружение в различных средах при высоких температурах и давлениях. Установка содержит индукционный нагреватель, включающий водоохлаждаемую катушку в виде спирали, выполненной с возможностью соосного размещения объекта испытаний (ОИ) внутри нагревателя, опоры для ОИ, нагружающее устройство, устройство охлаждения, соединенное с протоками охлаждения тоководов нагревателя, контрольно-измерительную аппаратуру, соединенные последовательно пульт управления, соединенный с контрольно-измерительной аппаратурой, преобразователь частоты, батарею конденсаторов, последовательно-параллельно подключенную по крайней мере к одной паре соосно установленных водоохлаждаемых катушек индукционного нагревателя в виде спиралей. Нагружающее устройство выполнено в виде вибровозбудителя, а опоры для ОИ установлены на скользящем столе вибровозбудителя. Устройство охлаждения, пульт управления, преобразователь частоты, батарея конденсаторов могут быть расположены на дистанции от вибровозбудителя с размещенным на его скользящем столе ОИ внутри катушек индукционного нагревателя, а устройство охлаждения снабжено независимым пультом управления подачей охлаждающей воды. Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в обеспечении испытаний крупногабаритных цилиндрических объектов на комплексные термомеханические нагрузки, сокращение времени выхода на заданный температурный режим, снижение теплопотерь, массы и габаритов, повышение температуры испытаний до 1400°C и выше, в повышении КПД установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх