СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИ ПРОКАТА МЕТАЛЛА К СЛОИСТОМУ РАЗРУШЕНИЮ Российский патент 1994 года по МПК G01N3/60 

Изобретение относится к исследованиям физико-механических свойств проката металлов, а именно анизотропии пластичности и вязкости, которая является причиной появления при сварке слоистых трещин.

Известны механические способы определения склонности проката к слоистому разрушению с приложением нагрузки в направлении толщины проката. Они включают приложение растягивающих усилий к стержневым образцам, вырезанным перпендикулярно плоскости проката.

Известно испытание на ударный изгиб или методами механики разрушения образцов с надрезом или наведенной трещиной, расположенными в плоскости проката, испытание на статический изгиб плоских образцов, вырезанных в направлении толщины поперек направления проката.

В этих способах критерием склонности проката к слоистому разрушению служит величина предельной пластической деформации в направлении толщины проката.

Недостатком способов механических испытаний является то, что они не отражают возможного влияния на склонность к слоистому разрушению воздействия термических и деформационных циклов сварки, а также других сопутствующих сварке факторов. Под влиянием теплового и силового воздействия сварки индивидуально изменяются микроструктура и механические свойства металла, он насыщается водородом, в нем протекают деформационные и термическое старение. Все это не может не отразиться на достоверности определения склонности основного металла к образованию слоистых трещин.

Известны также способы испытания, при которых слоистое разрушение возникает в образцах под влиянием собственных напряжений сварки или инициируется растягивающими напряжениями от внешних сил, прикладываемых к образцу в процессе сварки или после ее окончания.

В этих способах критерием склонности к слоистому разрушению проката служит наличие или отсутствие трещин, а также величина критического напряжения, вызывающего образование трещин.

Однако эти способы, характеризуются большой металлоемкостью, трудоемкостью и стоимостью и дают скорее качественную, чем количественную оценку проката, так как устанавливают лишь факт наличия или отсутствия трещин. Кроме того, большой градиент температуры и напряжений в сечении соединений, большая скорость изменения этих характеристик во времени затрудняют раздельное изучение роли отдельных факторов в образовании трещин и условий их появления.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения склонности проката металла к слоистому разрушению при сварке путем испытания образца металла усилиями сжатия-растяжения в условиях имитированных термодеформационных циклов. Показателем качества стали служат максимальные усилия и деформации, выдерживаемые образцом при разрушении.

Существенным недостатком является недостоверность результатов испытания из-за несоответствия простого растяжения деформационному циклу сварки. При сварке каждый элемент металла соединения последовательно испытывает сжатие за счет локального нагрева и растяжение при охлаждении. При многослойной сварке (с которой главным образом и связано появление слоистых трещин) деформационные циклы периодически повторяются.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов испытания.

Это достигается тем, что усилия к образцу прикладывают с помощью теплового расширения соосно расположенной с образцом стержневой вставки, жестко соединенной с образцом, при этом свободные концы образца и вставки жестко фиксируют, вставку подвергают нагреву и охлаждению в режиме термического цикла сварки, а испытуемый образец вырезают из проката в направлении его толщины и обеспечивают при испытании заданную постоянную или переменную термическую обработку самого образца, причем о сопротивляемости слоистому разрушению судят по количеству циклов сжатия-растяжения и суммарной пластической деформации, приводящей к разрушению образца.

Кроме того, стержневую вставку выполняют с прочностью, превышающей пpочность испытуемого образца.

На чертеже изображена схема осуществления способа.

Способ реализуется в следующей последовательности.

Испытуемый образец 1 вырезают из проката в направлении его толщины и располагают между жестким захватом 2 и соединительной обоймой 3, в которую с противоположной стороны соосно с образцом вмонтируют жесткую стержневую вставку 4, обладающую большими прочностными свойствами, чем испытуемый образец 1. При этом вставку 4 теплоизолируют от образца для возможности создания при испытании независимых температурных режимов.

Свободный конец стержневой вставки также жестко фиксируют в захвате 5. После этого вставку подвергают нагреву и охлаждению в режиме термического цикла сварки, а сам испытуемый образец выдерживают в процессе испытания при постоянной или переменной температуре. В процессе нагрева и охлаждения стержневой вставки 4 на испытуемый образец передается через обойму 3 циклическая механическая нагрузка. Нагревание вставки 4 и ее тепловое расширение первоначально вызывают сжатие образца. По мере повышения температуры нагрева и резкого снижения материала вставки происходит ее пластическая деформация сжатия, которая приводит к некоторому увеличению диаметра вставки и к уменьшению ее конечной длины. При последующем охлаждении вставки вследствие образовавшегося "дефекта длины" в системе вставка-образец возникает растягивающее усилие, превышающее предел текучести образца и вызывающее его пластическое удлинение.

Повторные нагрев и охлаждение вставки 4 возбуждают в образце 1 повторяющиеся циклы сжатия-растяжения, что сопровождается накоплением (суммированием) деформаций, характерным для многослойной сварки.

Критеpием качества материала при таком испытании служит число циклов до разрушения образца и величина максимальной суммарной пластической деформации.

Перед испытанием в образце с помощью термической обработки может быть создана разная микроструктура, соответствующая одной из характерных зон сварного соединения (высокого отпуска, полной или неполной перекристаллизации, перегрева).

Температуру образца 1 при испытании можно поддерживать постоянной на заданном уровне или задавать переменной, например, в режиме термического цикла сварки.

Скорость нагрева и охлаждения стержневой вставки 4 можно варьировать в широких пределах.

Это позволяет осуществлять с помощью предлагаемого способа раздельное изучение влияния на склонность к слоистому разрушению проката различных металлургических и технологических факторов с большой степенью достоверности. (56) Jombardini I Einflub des Terrasseubruches Sehweiftechnik, 1978, N 9, c. 168-174.

Область использования: в испытательной технике, в испытаниях на прочность. Сущность: в образце, вырезанном в направлении толщины проката, создают растягивающие и снижающие циклические нагрузки методом нагрева-охлаждения вставки, установленной последовательно соосно образцу и жестко скрепленной с ним. Прочность материала вставки превышает прочность материала образца. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения склонности проката металла к слоистому разрушению, заключающийся в том, что образец металла подвергают воздействию циклической нагрузки усилия-сжатия, а о склонности к слоистому разрушению судят по количеству циклов до разрушения, отличающийся тем, что, с целью приближения достоверности путем приближения к условиям термодеформационных циклов сварки, соосно с образцом и последовательно с ним устанавливают вставку, встречные концы которых жестко соединены между собой, а свободные жестко зафиксированы в захватах, воздействие циклической нагрузки осуществляют циклическим нагревом - охлаждением вставки, а образец вырезают из проката в направлении его толщины. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вставку выполняют из материала, прочность которого превышает прочность образца.