Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб



Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб
Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб

 


Владельцы патента RU 2568075:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" (RU)

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств сталей и сварных соединений и может применяться в различных отраслях промышленности. Сущность: по окончании процесса воздействия на образец ударным изгибом предварительно готовят микрошлиф образца. С помощью оптического микроскопа формируют изображение микроструктуры участка разрушения, по которому определяют величину пакетов бейнитной структуры, и находят параметрические характеристики вязкого и хрупкого разрушения по следующим зависимостям:

dя=0,1 dб

dфтс=0,6-0,8 dб, для трубных сталей класса прочности до К60,

dфтс=0,4-0,6 dб, для трубных сталей класса прочности свыше К60 включительно,

где: dя - средний размер ямки в участке вязкого разрушения (мкм),

dфтc - средний размер фасетки транскристаллитного скола в участке хрупкого разрушения (мкм),

dб - средний размер пакета бейнита (мкм). Технический результат: сокращение времени исследования и упрощение процесса оценки искомых характеристик. 18 ил.

 

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств сталей и сварных соединений и может применяться в различных отраслях промышленности.

Известно, что одной из наиболее значимых характеристик металлов и сварных соединений является их сопротивление хрупкому разрушению. Для оценки этого показателя применяется целый ряд критериев (ударная вязкость, коэффициент интенсивности напряжений, доля вязкой составляющей в изломе, критическая температура хрупкости и другие), важное место среди которых занимают фрактографические характеристики изломов. Например, по типу фрактографических характеристик определяется микромеханизм разрушения, по соотношению их количества оценивается процент вязкой составляющей в изломе и критическая температура хрупкости.

Основными фрактографическими характеристиками являются ямки (вязкий микромеханизм разрушения) и фасетки транскристаллитного скола (хрупкий механизм разрушения). Общий вид излома и тип фрактографических характеристик может быть определен с помощью более простых средств: лупы или стереометрического микроскопа. Размеры фрактографических характеристик определяются только с использованием специализированного дорогостоящего оборудования (электронных микроскопов). В то же время определение их размеров является очень важным, так как они определяют единичный скачок микротрещины, а следовательно, сопротивление металла разрушению.

Известен способ оценки фрактографических характеристик поверхностей изломов металла образцов после разрушения или специальных испытаний, например, на ударный изгиб, при использовании просвечивающей, с помощью реплик, электронной микроскопии (ПЭМ), работающей по схеме проходящих электронных лучей, когда изображение формируется отраженными световыми лучами (И.В.Гусенко, Методы исследования топологии поверхности пьезокерамики, Ростов-на-Дону, 2008, с. 6-11).

Для исследования фрактографических характеристик с помощью просвечивающего электронного микроскопа необходимо предварительно изготавливать специальные очень тонкие, прозрачные для электронов, реплики (слепки) с поверхности разрушения. Реплика должна полностью воспроизводить рельеф поверхности разрушения. Толщина реплики должна быть порядка 0,01 мкм.

Реплики изготавливают путем распыления вещества (углерода, кварца, титана и других веществ) в вакуумированной испарительной камере и осаждения его на поверхность излома. Для изготовления углеродных реплик на поверхность излома в испарительной камере напыляют уголь с угольных стержней, нагретых пропусканием тока. Пары углерода конденсируются на поверхности излома образца и образуют тонкую углеродную пленку (реплику). При рассмотрении реплик под электронным микроскопом вид исследуемой поверхности значительно изменяется, поэтому для правильной расшифровки необходима высокая квалификация специалиста.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ оценки фрактографических характеристик поверхностей изломов образцов металла и определение их размеров с применением растровой электронной микроскопии (РЭМ), позволяющий снимать изображение с неровной поверхности образцов, непосредственно с излома ((И.В.Гусенко, Методы исследования топологии поверхности пьезокерамики, Ростов-на-Дону, 2008, с. 12-19).

Известный способ основан на зондировании поверхности изучаемого образца электронным зондом. Сущность способа состоит в том, что поверхность исследуемого образца облучается тонко сфокусированным (диаметром до 5-10 нм) пучком электронов - так называемым электронным зондом. Пучок электронов совершает возвратно-поступательное движение по линии или развертывается в растр - совокупность близко расположенных параллельных линий, вдоль которых пучок электронов обегает выбранный для исследования участок поверхности.

Для исследования фрактографических характеристик с помощью растрового электронного микроскопа используют образцы, являющиеся поверхностью излома места разрушения. Основное требование к образцу - соответствие его размеров размерам держателя для образцов вакуумной камеры в приборе. Необходимо также, чтобы поверхность, предназначенная для исследования, была чистой. Очистку образцов от загрязнений осуществляют с помощью различных растворителей в ультразвуковой камере в сочетании с осторожной механической очисткой.

Использование РЭМ позволяет получить на экране монитора микроскопа фотографии изображений изломов образцов. В качестве фрактографических характеристик излома рассматривают ямки и фасетки транскристаллитного в участках вязкого и хрупкого разрушения соответственно.

Средний размер ямок или фасеток транскристаллитного скола можно определить путем измерения с помощью встроенной электронной линейки или вручную по полученным фотографиям как среднеарифметическое значение двух взаимно перпендикулярных линий, одна из которых соответствует наибольшей длине измеряемого элемента, а вторая проводится перпендикулярно первой через ее центр.

Описанный способ оценки фрактографических характеристик весьма трудоемок, длителен, требует использования дорогостоящего оборудования и специалистов высокой квалификации.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб, обеспечивающего сокращение времени исследовании и упрощение процесса оценки искомых характеристик.

Поставленная задача достигается тем, что в способе оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб по окончании процесса воздействия на образец ударным изгибом предварительно готовят микрошлиф образца, после чего с помощью оптического микроскопа формируют изображение микроструктуры участка разрушения, по которому определяют величину пакетов бейнитной структуры, и находят параметрические характеристики вязкого и хрупкого разрушения по следующим зависимостям:

dя=0,1 dб

dфтс=0,6-0,8 dб, для трубных сталей класса прочности до К60,

dфтс=0,4-0,6 dб, для трубных сталей класса прочности свыше К60 включительно,

где: dя - средний размер ямки в участке вязкого разрушения (мкм),

dфтc - средний размер фасетки транскристаллитного скола в участке хрупкого разрушения (мкм),

dб - средний размер пакета бейнита (мкм).

Достигаемый технический результат заключается в определении параметрических характеристик вязкого и хрупкого разрушения непосредственно по размерам элементов микроструктуры.

Способ осуществляют следующим образом:

Подвергают образец испытаниям на ударный изгиб. Из разрушенного образца готовят микрошлиф, и с помощью оптического микроскопа формируют изображение микроструктуры в зоне участка разрушения. Определяют по этому изображению размер пакетов бейнитной структуры. По вышеприведенным зависимостям, полученным эмпирическим путем, определяют размеры фрактографических характеристик вязкого или хрупкого участков поверхности разрушения.

Ниже представлен пример конкретной реализации предлагаемого способа, который иллюстрируется фиг.1-18, на которых приведены фрактограммы и изображения микроструктуры исследованных материалов, а также гистограммы распределения размеров их элементов.

Исследованы трубные стали различных классов прочности - от К42 до К70. Фрактограммы поверхности вязкого участка разрушения, полученные по известному способу, и соответствующие им фотографии микроструктуры ОШУ ЗТВ сталей классов прочности К42 при скорости охлаждения 30°С/с и температуре испытания +20°С, К65 при скорости охлаждения 10°С/с и температуре испытания -40°С до и после деформационного старения и К70 при скорости охлаждения 30°С/с и температуре испытания -40°С приведены на фигурах 1-4 соответственно.

Экспериментальным путем были определены размеры фрактографических характеристик вязкого разрушения (ямок), а также пакетов бейнита.

Результаты оценки размеров пакетов бейнита (фигура 5) и размеров ямок вязкого участка разрушения (фигура 6) ОШУ ЗТВ сталей класса прочности К42 при температуре испытания +20°С, К65 при скорости охлаждения 10°С/с до и после деформационного старения, К70 при скорости охлаждения 30°С/с представлены в виде гистограмм распределения.

Подсчет параметров структуры и фрактографических характеристик поверхности разрушения показал, что корреляционная связь выражается следующим уравнением: средний размер ямки равен 0,1 от среднего размера пакета бейнита (dя=0,1 dб).

На фигурах 7-10 соответственно представлены фрактограммы поверхности хрупкого участка разрушения и соответствующие им фотографии микроструктуры ОШУ ЗТВ стали класса прочности К42 при скорости охлаждения 30°С/с и температуре испытания -20°С и -40°С до деформационного старения, +20°С и -40°С после деформационного старения.

Фрактограммы поверхности хрупкого участка разрушения и соответствующие им фотографии микроструктуры ОШУ ЗТВ сталей класса прочности К65 при скорости охлаждения 45°С/с до и после деформационного старения и К70 при скорости охлаждения 10°С/с и 60°С/с изображены на фигурах 11-14.

Результаты оценки размеров пакетов бейнита и фасеток транскристаллитного скола участка хрупкого разрушения исследуемых сталей представлены в виде гистограмм.

Гистограммы распределения средних размеров пакетов бейнита (фигура 15, 17) и размеров фасеток квазискола хрупкого участка разрушения (фигура 16, 18) ОШУ ЗТВ представлены на фигурах 15, 16 для сталей класса прочности К60 и на фигурах 17, 18 для сталей класса прочности свыше К60 включительно.

Определение размеров фасеток квазискола и сопоставление их с размером пакетов бейнита для сталей класса прочности до К60 показало, что их соотношение изменяется в пределах от 0,6 до 0,8.

Статистический анализ хрупкой составляющей изломов ОШУ ЗТВ сталей класса прочности свыше К60 включительно показал, что отношение среднего размера фасеток квазискола к среднему размеру пакета бейнита в высокопрочных сталях меняется в пределах от 0,4 до 0,6.

Таким образом, для всех микромеханизмов разрушения, вязкого и хрупкого, проанализировано около 1800 элементов структуры и фрактографических характеристик применительно к трубным сталям различных классов прочности. Получены зависимости

dя=0,1 dб

dфтс=0,6÷0,8 dб, для трубных сталей класса прочности до К60,

dфтс=0,4÷0,6 dб, для трубных сталей класса прочности свыше К60 включительно,

где dя - средний размер ямки в участке вязкого разрушения,

dфтс - средний размер фасетки транскристаллитного скола в участке хрупкого разрушения,

dб - средний размер пакета бейнита.

Применение данного способа позволяет исключить использование дорогостоящих растрового или просвечивающего электронных микроскопов, специальную подготовку образцов для исследований с их применением. Для работы на оптическом микроскопе квалификация персонала может быть значительно ниже, чем для работы на электронном.

Способ оценки фрактографических характеристик изломов образца в процессе испытаний на ударный изгиб, заключающийся в том, что по окончании процесса воздействия на образец ударным изгибом предварительно готовят микрошлиф образца, после чего с помощью оптического микроскопа формируют изображение микроструктуры участка разрушения, по которому определяют величину пакетов бейнитной структуры, и находят параметрические характеристики вязкого и хрупкого разрушения по следующим зависимостям:
dя=0,1 dб
dфтс=0,6-0,8 dб, для трубных сталей класса прочности до К60,
dфтс=0,4-0,6 dб, для трубных сталей класса прочности свыше К60 включительно,
где: dя - средний размер ямки в участке вязкого разрушения (мкм),
dфтc - средний размер фасетки транскристаллитного скола в участке хрупкого разрушения (мкм),
dб - средний размер пакета бейнита (мкм).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов. Способ включает в себя пропускание инфракрасного излучения на рабочей и опорной длинах волн через контролируемый объем.

Изобретение относится к технологии контроля качества измерений, проводимых с использованием компьютерных систем анализа изображений, и может быть использовано для оценки систематической погрешности морфологических характеристик структуры материалов тел в конденсированном состоянии.

Изобретение предназначено для определения компонентов текучего неоднородного вещества в среднем инфракрасном диапазоне. Система измерения затухания содержит проточную трубку (4), средство (10) переноса для создания потока образца через трубку (4), средство (14) измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне и средство (18) вычисления, причем средство (14) измерения затухания функционирует с синхронизацией по времени со средством (10) переноса, а средство (18) вычисления обеспечено прогнозирующей моделью.

Предложена система наблюдения. Система включает одно полое оптическое волокно, проходящее через зону с людьми.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и может быть использовано в контрольно-аналитических лабораториях при проведении анализа флавоноидов в лекарственном растительном сборе «Желчегонный сбор №3».
Изобретение относится к способу и системе для анализа или проверки людей или других объектов на наличие несвойственных или присущих материалов. Способ использует метод спектроскопии в параллельном режиме, согласно которому формируют зондирующий сигнал, одновременно содержащий электромагнитное излучение с шириной полосы пропускания в диапазоне от 10 ГГц до 25 ТГц.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в атомной энергетике, охране окружающей среды для высокочувствительного контроля долгоживущего глобального радионуклида 14C в газовой фазе технологического процесса переработки отработавшего ядерного топлива в режиме реального времени.

Изобретение относится к экологии, а именно мониторингу состояния окружающей среды методом биоиндикации. Способ определения аммонийных соединений в атмосфере животноводческих комплексов включает сбор образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, не имеющей выбросов поллютантов в атмосферу.

Изобретение относится к микроскопии отдельных биологических организмов в жидком образце. Изображения, на которых могут быть идентифицированы отдельные биологические организмы, объединяют для создания наборов оптических срезов биологических организмов, и наборы оптических срезов анализируют для определения значения по меньшей мере одного параметра, описывающего микробную активность указанного отдельного биологического организма в каждом контейнере для образца.

Изобретение относится к области мониторинга радиационной обстановки и установления факта появления в атмосфере облака радиоактивных веществ. С помощью спектрорадиометра инфракрасного излучения определение присутствия в воздухе радиоактивных газов и аэрозолей осуществляется путем установления повышения в воздухе содержания озона, образующегося из кислорода под действием ионизирующих излучений радионуклидов.

Предложенный способ позволяет измерять распределение по фракциям и концентрации твердых и жидких частиц аэрозоля в интервале размеров частиц: от 0,8 мкм до 2 мкм, от 2 мкм до 5 мкм, от 5 мкм до 10 мкм и более 10 мкм при помощи полупроводниковых кондуктометрических сенсоров по изменению проводимости.

Изобретение относится к области исследования многофазных потоков, в частности к технике определения параметров твердой, жидкой и газообразной фаз потока оптическими средствами, и может быть использовано для определения концентрации и массовой плотности дисперсной фазы в пространстве, а также оценивать распределение частиц дисперсной фазы по размерам и ослабление света в мутной среде.

Изобретение относится к области полупроводниковых технологий и более конкретно к способу мультиспектральной визуализации для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов и к устройству, в котором осуществляется данный способ.

Изобретение относится к области метеорологии, а более конкретно - к способам определения характеристик загрязнения атмосферы, и может использоваться, например, для измерения размеров частиц атмосферного аэрозоля.

Изобретение относится к области техники автоматизации измерений, при анализе взвешенных наночастиц. Способ определения спектра размеров взвешенных наночастиц состоит в пропускании газа (смеси газов), содержащего анализируемые частицы, через диффузионные батареи сетчатого типа и введении их в перенасыщенные пары низколетучего укрупняющего вещества.

Изобретение относится области, связанной с анализом взвешенных частиц. При реализации заявленного способа происходит освещение потока частиц пучком когерентного излучения, который разделяется на два пучка опорный и объектный и регистрации голограммы изображений частиц, по которым и судят о размерах последних.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ определения геометрических размеров частиц окомкованного и/или гранулированного материала в насыпном слое заключается в том, что формируют видимую область каждой частицы, путем выделения ее на растре видеоизображения от соответствующего ей максимума интенсивности отраженного излучения до ближайших к нему минимумов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим методам измерения параметров несферических дисперсных частиц, взвешенных в жидкости. Способ заключается в измерении зависимостей интенсивности рассеянного излучения от времени при нескольких положениях поляризационного анализатора, промежуточных между положением, в котором пропускается излучение с линейной поляризацией, совпадающей с поляризацией возбуждающего излучения (VV), и положением, в котором пропускается излучение с поляризацией, перпендикулярной поляризации возбуждающего излучения (VH).

Изобретение относится к области техники, а именно автоматизации измерений при анализе взвешенных наночастиц в газах. Для этого используют устройство для определения спектра размеров взвешенных наночастиц в газах, содержащее размещенные по ходу анализируемого потока газа входное сопло с каналами подачи; диффузионные батареи сетчатого типа для пропускания аэрозольных частиц определенного размера; укрупняющее устройство конденсаторного роста; счетный объем; вакуумный насос; температурные датчики, нагреватель, охладитель и микроконтроллер для управления процессами нагревания и охлаждения в укрупняющем устройстве конденсаторного роста; оптическую систему, включающую импульсный источник излучения, осветитель и объективы для фокусировки оптического излучения в области счетного объема потока частиц и формирования изображений на матрице ПЗС; аналогово-цифровой преобразователь и ЭВМ для управления микроконтроллером термостатирования, ваккумным насосом и обработки шести изображений укрупненных частиц для анализа спектра их размеров.

Изобретение относится к способу и устройству для определения локальной величины зерна минерала для минерала ценного материала в породе месторождения или залежи, причем порода включает в себя по меньшей мере один другой минерал, и при этом минерал ценного материала имеет более высокую плотность, чем по меньшей мере один другой минерал.

Изобретение относится к исследованию аэрозолей жидкостей различной вязкости и предназначено для определения дисперсных характеристик аэрозоля в широком диапазоне размеров частиц, в том числе нанометров. Измеряют размер реальной капли, движущейся в потоке воздуха. При этом происходит распыление жидкости в воздушной среде, а поток аэрозоля направляется в фокальную плоскость объектива микроскопа, подсвеченную излучением лазера. Подсвеченные лазером капли регистрируются видеосистемой микроскопа в виде отдельных треков, где ширина трека - суть размер капли, а его длина пропорциональна длительности экспозиции и скорости движения капли. Размер капель оценивается по ширине треков с учетом изображения мерной линейки, сделанного при том же увеличении, что и фото треков капель аэрозоля. Капли, подсвеченные лазером, на видеоизображении дают треки, ширина которых равна диаметру капель, а длина пропорциональна времени экспозиции. Изобретение обеспечивает упрощение процесса и увеличение точности измерения размеров отдельных частиц. 3 ил.
Наверх