Способ определения склонности к межзеренному охрупчиванию металлов Советский патент 1988 года по МПК C21D8/00 G01N33/20 

00 00

Изобретение относится к области контроля термической обработки металлов и может быть использовано при испытаниях конструкционных материалов

Цель изобретения - уменьшение времени испытания.

Сущность изобретения заключается в том, что испытания проводятся на предварительно нагруженных образцах, имеющих концентраторы напряжения в виде надреза, обеспечивающего объемно-напряженное состояние при «агруз- ках, близких или ниже предела текучести при температурах от 300°С до температур рекристаллизации в кислородосодержащих средах с парциальным

t давлением кислорода, равным или боль шйм (до 95%), чём давление, в реальной газовой среде (величина 95% характеризует относительный верхний предел, за которым начинается среда,, состоящая из чистого кислорода).

При этом критериями склонности к межзеренному охрупчиванию являются наличие обогащения кислородом вьщеле- ний по границам зерен в зоне деформа- цигд и разрущения, а также -предлагаемые, параметры трещиностойкости, представляющие собой отношения значений коэффициентов интенсивности напряжений, а также критического раскрытия трещины в испытываемой среде к значениям, полученным в вакууме,

,/|,Ь1« 1 .

If

с, аакууМо

- с.с

c.BOdijijMQ

.

Предлагаемые критерии связаны иллюстративно с введением до разруще (ния при заданных режимах температур- но-силового нагружения, наблюдаемых при разрущении в вакууме и в среде, содержащей кислород.

Пример, Выпи изготовлены образцы, повьщгенная прочность в которых создавалась-пластической деформацией металла. Сталь 12-I8HIOT толщиной 20 мм была-прокатана до толщин 17 и 13 мм, пластическая деформация составила соответственно 15 и 35%,

На фиг.1 представлены диаграммы, характеризующие механические свойства Gf

G наклепанного металла; на

фиг.2 - тип образца д.пя испытания на длительную прочность..

-Из упрочненного металла были изго- (J товлены образцы дпя испытания на длительную прочность с двумя острыми надрезами (фиг.2) . Предполагается, гто окисление границ зерен равновероятно в 2 надрезах. После хрупкого разру- 10 шения по одному из надрезов второй . использовали для металлографических и микрорентгеноспектрального исследований.

Результаты испытаний на длитель5 ную прочность стали 12Х18Н10Т со

степенью деформации ( 35%, температура рекристаллизации которой составила 600°С, представлены в таблице. Из таблицы видно, что с повьшением

0 рабочих напряжений при одной и той же .температуре длительность до разрушения в реальной среде (с кислородом) меньше чем в вакууме. Металло- ; графическими исследованиями образцов

- после испытаний на длительную прочность в контрольных надрезах обнаружена фаза, распространяющаяся по границам зерен.

Экспериментально с помощью прибо-.0 ра ПМТ-3, в котором алмазная пирамида заменена на устройство для локального замера электросопротивления, уста- ;новлено, что данная фаза неэлектропро- водна, При этом известно, что окислы

5 железа также неэлектропроводны.

Для доказательства превалируинцей роли кислорода в образовании окис- ной азы в наклепанном металле образцы с одинаковой степенью деформации

0 испытывали на длительную прочность при одинаковом температурно-силовом нагружении на воздухе (1,) и в вакууме (1,),

Образец при испытании на длительS ную прочность, находящийся в вакууме, разрушался через 753 ч, а образец в кислородосодержащей среде - через 671 ч., .

Моделирование на образцах с острым

Q надрезом процесса охрупчивания стали при 500°С подтвердило предположение об интенсивной диффузии кислорода, содержащегося в реальной среде, по . границам аустенитных зерен при повы5 шенных напряжениях. При этом происходит избирательное окисление границ зерен с образованием хрупкой оксидной фазы и возникновением в ней трещин, приводящих к разрушениям.

3142

Указанный механизм может снижать сопротивление ползучести и величину длительной прочности металла при эксплуатации, что и подтвердилось ре- зультатами статических испытаний по определению характеристик трещино- стойкости.

В отличие от высокотемпературного малоциклового нагружения, где количество циклов, ведущих к разрушению в вакууме, в 3 раза больше, чем на воздухе, статические испытания не выявили столь большего различия, но тем не менее характеристики трещиио- стойкостиfв вакууме оказывались неизменно вьше, чем в среде воздуха.

Это подтверждает вывод об образовании окисной фазы, которая чаще всего образует и растет быстрее на границах зерен. Она действует как ускоритель дальнейшего роста пустот и снижает прочность материала.

Величины характеристик трещино- стойкости, предложенных в качестве основы критериев склонности к охруп- чиваншо, определались по методическим указаниям РД 50-260 81. Они хорошо согласуются с показателями долго вечности и С реальным ход ом .разрушения , инициированного процессом окисления,

Использование предложенного способа позволяет ускоренно оцещ1ть склонность метапла, предназначенного для эксплуатации при высоких температурах межзеренному охрупчиванию, вызываеому преимущественно кислородом, спо3

собствующему хрупкому разрушению в условиях напряженного состояния реальных конструкций.

Формула изобретения

Способ определения склонности к межзеренному охрупчиванию металлов,

преимущественно аустенитных хромо- никелевых сталей и дисперсионно-твер- деющих никелевых сплавов, .эксплуа-- тируемых при высоких температурах в газовых средах, включающий нагружение образцов с надрезом из испытуемых материалов в заданной газовой среде при заданных давлении и температуре с созданием напряжений в образце не Bbmie предела текучести материала, измерение параметров механиче- ских свойств, по которым опредапяют склонность к .межзеренному охрупчиванию, отличающийся тем, что,с целью уменьшения времени испытания, нагружение осуществляют в среде с содержанием кислорода не более 95% при его парциальном давлении не ме- давление в реальной газовой среде и при температуре (Т., где Тр - температура рекристаллизации материала), а также в вакууме, при этом в качестве параметров определяют отношения коэффициентов интен сивности напряжений и критических

величин раскрытия трещин, полученных при испытаниях в кислородсодержащей среде, к значениям этих величин, по- лученньк при испытаниях в вакууме.

Изобретение относится к конт.ро- лю термической обработки металлов и может быть использовано при испытаниях конструкционных материалов. Цель - уменьшение времени испытания. Испытания проводятся на предв°аритель- но нагруженных образцах, имеющих концентратор напряжения в виде надреза. обеспечивающий объемно-напряженное состояние при нагрузках, близких или ниже |текучести Испытания проводятся при температурах от 300 С до температур рекристаллизации в кислородсодержащих средах с парциальным давлением кислорода, равным или большим (до 95%), чем,давление в реальной газовой среде, причем критериями склонности к межзеренному охрупчива- нию являются наличие обогащенных кислородом выделений по границам зерен в зоне концентратора напряжений, а та1сже параметры трещиностойкости, представляющие собой отношение значений коэффициентов интенсивности напряжений Kg и критической величины раскрытия трещины в испытываемой среде к значениям, полученным при испытаниях в вакууме, связанные с временем до разрушения при заданных режимах температурно-силового нагру- жения. 2 Ш1., 1 табл.

270

1,01-10- 1,3 10

:-5

500

270 1,01-10

1,3 -10

,-э

450

270

1,01-10

300

1,3 - 10

1,01 -ю

г5

0,91

1,83

0,93

1,84

0,95

1,86

0,93

1,85

Продолжение таблицы

eff.(j ППа- IZXmWT 80

60