Способ диагностики шейки в деформируемом образце аустенитной стали Советский патент 1993 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к-методам исследования и количественной оценки распределений пластических деформаций в объектах и может быть использовано для определения ресурса пластичности матери- алов.

Известен способ исследования неоднородностей пластических деформаций и обнаружения признаков начала образования шейки с помощью координатной длительной сетки, наносимой механическим или типографическим методом на поверхность образца перед деформированием. Наблюдая за характером искажения ячеек сетки и проводя соответствующие измерения, судят о распределении пластической деформации и появления неоднородностей в исследуемом деформируемом объеме. Недостатком метода является необходимость специального оборудования для нанесения сетки и повышенная трудоемкость эксперимента, обусловленная частотой измерения координат узлов сетки.

Известен также метод, в котором о степени неоднородности деформации судят по изменению твердости материала в данном локальном объеме. В этом случае распределение деформаций определяют косвенно, что предопределяет значительную неточность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ, в котором для раннего обнаружения шейки используют статическую характеристику, количественно отражающую изменения деформаций всей совокупности ячеек поля координатной сетки в процессе растяжения образца с учетом особенностей изменения формоизменений отдельных ячеек.

Недостатком указанного способа является значительная трудоемкость и сравнительно низкая чувствительность методики, а также обязательное участие в измерениях оператора, что не гарантирует безошибочной обработки.

ел

с

VI оо ю о

(

Цель изобретения - повышение точности и производительности способа и упрощение процедуры измерений,

Указанная цель достигается тем, что используется склонность аустенитной мета- стабильной стали к мартенситному превращению при деформации, в результа- телчего ,р.т.,али.образуется и с ростом удли- нё;н,ия накапливается ферромагнитная о -фаз:а1 Вовремя растяжения неоднократно определяют количество мартенситной фазы и ее распределение по длине образца. Далее по экстремальным точкам распределений, соответствующих различным этапам деформирования, проводят огибающие и находят величину удлинения, при-которой огибающие разветвляются. Этот момент растяжения означает локализацию деформации - начало образования шейки, о наступлении которой судят по неоднородному распределению ферромагнитной фазы. Благодаря высокой чувствительности магнитного метода измерения локализацию деформации можно зарегистрировать значительно раньше, чем известным методом координатных сеток. Кроме того, предлагаемая методика измерения и обработки легко поддается автоматизации, что позволяет исключить участие в эксперименте оператора и предотвращает объективные ошибки, присущие методу сеток.

На фиг. 1 представлена машинная диаграмма растяжения в координатах нагрузка (р) удлинение (Д I) стального образца; на фиг. 2 - экспериментальная кривая зависимости содержания cr-фазы (Ф) от удлинения образца, регистрируемая синхронно с диаграммой (для получения этой зависимости используют феррозонд, который застав- ляют сканировать по поверхности деформируемого образца вдоль оси растяжения; каждый М-образный участок на кривой представляет собой распределение ферромагнитной фазы по длине образца при перемещении феррозонда от одного захвата машины до противоположного и обратно); на фиг. 3 показан образец и графики

распределения в нем cr-фазы в отдельные моменты пластического деформирования (HV), соответствующие удлинению образца на Afi + Д liv . Анализируя экспериментально полученные графики, можно видеть, что кривая Ф - Д1 начинается в точке с ординатой Д1ц и до Д1ш является гладкой, монотонно возрастающей функцией. Такое поведение отражает тот факт, что количество магнитной феррофазы в образце до удлинения Д 1ц остается на уровне фона, а выше

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

начинает увеличиваться. При этом распределение ее по образцу однородно вплоть до Д 1щ, что свидетельствует также о равномерг ности деформации образца. В области удлинений, больших, чем Д1щ монотонность роста функции Ф - ДI нарушается, что связано с тем обстоятельством, что в образце к данному моменту выявился участок, где концентрация ферромагнитной фазы выше, чем в среднем по объему, т. е. образовалось место локализации деформации. Если соединить экстремальные точки огибающими а, б, в (фиг. 2), то видно, что они расходятся из одной точки с ординатой Д |щ, которая, очевидно, соответствует моменту появления в образце шейки.

Таким образом, в предлагаемом способе диагноз образования шейки в деформируемом образце можно установить, как только достигается удлинение (Д 1щ), при котором на графике изменения магнитных свойств появляется неоднородность, а это значительно раньше, чем в образце регистрируется шейка, видимая в микроскоп ().

Для определения участка образца, где зарождается шейка, достаточно зафиксировать место, в котором находится щуп ферро- с зонда, когда его показания максимальны.

Пример. Исследовали нержавеющую сталь 12Х18Н10Т. Эксперименты проводили на цилиндрических образцах для механических испытаний диаметром 1,7 и длиной рабочей части 10 мм. Первоначально материал переводили в аустенитно-парамагнит- ное состояние путем нагрева до 1050°С, выдержке при этой температуре в течение 30 мин и последующего охлаждения в воде. Термообработанные образцы деформировали растяжением на испытательной маши- не Инстрон-1195 при комнатной температуре со скоростью 0,5 мм/мин. В определенные моменты времени растяжение прерывали и на инструментальном микроскопе измеряли диаметр образца в различных точках рабочей длины с точностью ± 1 мкм, фиксируя таким образом появление видимой шейки. Поскольку известно, что низкотемпературная деформация исследуемой стали сопровождается фазовым превращением аустенит-мэртен- сит, а образующаяся мартенситная фаза является ферромагнитной, то в ходе растяжения регистрировали изменение магнитных свойств стали. Для этого использовали измеритель ферромагнитной фазы типа 1.053 (ФРГ), позволяющий определять в локальной области диаметром 1,5 мм количество магнитной фазы в пределах от 0,3

до 50%. Щуп (зонд Ферстера) закрепляется на подвижном захвате разрывной машины и с помощью электродвигателя перемещается со скоростью 80 мм/мин по рабочей части образца вдоль оси растяжения. Результаты эксперимента приведены на фиг. 1-3. Анализ получаемых одновременно кривых деформационного упрочнения и зависимости количества феррофазы от удлинения позволяет утверждать, что при данных условиях шейки образуется при деформации 44%. Эта величина значительно меньше, чем полученная в результате измерений диаметров стального образца на микроскопе (60%). Оказалось, что в данном случае шейка образовалась ближе к левому концу образца.

Использование: методы исследования и количественной оценки неоднородностей пластических деформаций микрообъектов. Сущность изобретения: деформируют образец с постоянной скоростью растяжения. Определяют количество образующейся при растяжении магнитной фазы и ее распределение по рабочей длине. При этом с помощью графика изменения содержания феррофазы находят величину удлинения, соответствующую точке расхождения огибающих, проведенных по экстремальным значениям намагниченности различных участков образца, а также фиксируют место на образце, где содержание феррофазы максимально. 3 ил.

Формул а изо б р е тения Способ д иа гн ости ки шейкиТдеформйруё мом образце аустенитной стали, включающий одноосное растяжение образца с постоян- ной скоростью, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности способа, определяют много-

Фиг. I.

кратно распределение ферромагнитной фазы, образующейся в процессе растяжения образца по его длине, затем на полученных распределениях определяют точку, соответствующую появлению экстремумов, а абсцисса полученной точки соответствует началу образования шейки в образце.