Способ определения уровня остаточных внутренних напряжений

(51)5 6 ТЕНТНО ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР Е ИЗОБР ИС СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТО РСФ(56). Биргер И.А. ОМ.: Машгиз, 1963,таточные напр60, 126. ен Я ОСНИЙ м оп- мателение их на- рескиении. жение но ни ЬВ 25научно-исследо вател рной металлургии и,Спектор и В.И.Василь(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВН ТАТОЧНЫХ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕ (57) Изобретение относится к способа ределения внутренних напряжений в риалах. Цель изобретения - опреде опасного уровня остаючных внутренн пряжений, могущих привести к раст ванию изделий при длительном хран Предварительно определяют напря Изобретение относится к способам испытаний материалов и может быть использовано при производстве продукции из высокопрочных (мартенситных и ферритных) сталей для контроля опасного уровня остаточных внутренних напряжений в изделиях.Цель изобретения - определение уровня остаточных внутренних напряжений, могущих привести к растрескиванию изделий при длительном хранении.Опасный уровень внутренних напряжений определяют по факту растрескивания реальных изделий в растворе серной кислоты по истечении времени выдержки, которое единоразово находят для данной марки стали. С этой целью из изделия вырезают образцы, термообрабатывают их по станразрушения материала, затем проводят испытания одной партии образцов на замедленное хрупкое разрушение в растворе серной кислоты. Другую партию образцов испытывают на замедленное хрупкое разру. шение в условиях электролитического наводороживания. Строят кривые замедленного хрупкого разрушения в координатах: доля разрушающего напряжения - время до разрушения, затем по точке пересечения уровня порогового напряжения растрескивания металла в условиях электролитического наводороживания с кривой замедленного хрупкого разрушения материала в кислоте устанавливают время выдержки реальных изделий в рабочем растворе серной кислоты той же концентрации, по истечении которого по наличию или отсутствию трещин на изделиях судят об опасном уровне остаточных внутренних напряжений. 1 ил,дартному режиму, определяют разрушающую нагрузку, нагружают две партии образцов до различных долей разрушающей нагрузки, тем самым моделируя наличие в образцах внутренних напряжений, проводят испытание одной партии образцов на замедленное хрупкое разрушение в условиях наводороживания, строят кривую эамедленногохрупкого разрушения и определяют величину порогового напряжения ( стэг ),нг которое характеризует опасный уровень внутренних напряжений и в то же время не является неоправданно заниженным, как в случае аналогичных испытаний в кислоте, тогда происходит растравливание поверхсти металла, что исключается при хране- и изделий в атмосферных условиях.Затем испытываютдругую партию образцов на замедленное хрупкое разрушение в растворе серной кислоты такой же концентрации как и рабочий раствор, в котором проводят определение опасного уровня внутренних напряжений ц реальных изделиях; строят кривую замедленного хрупкого разрушения в растворе серной кислоты, по которой находят время испытаний в кислоте, соответствующее пороговому напряже нию Оен 2Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить опасный уровень остаточных внутренних напряжений для различных изделий из высокопрочной стали данной марки, термообработанных по стандартному режиму, после одноразового определения порогового напряжения растрескивания для этой стали и такой же термообработки и соответствующего времени испытаний на замедленное. хрупкое разрушение в рабочем растворе серной кислоты.Изобретение иллюстрируется чеРте жом, где представлены кривые замедленного хрупкого разрушения в кислоте и в условиях наводороживания.Приводим пример конкретного выполнения способа,Для определения опасного уровня остаточных внутренних напряжений в трубах из мартенситно-стареющей стали ЭП 836 в высокопрочном состоянии из трубы вырезают кольцевые образцы толщиной 5 мм с радиальной прорезью шириной 4 мм. Кольцевые образцы термообрабатывают по стандартному режиму: 470 С, 3 ч, Этот режим анало-гичен термообработке труб иэ стали ЭП 836. На универсальной испытательной машине "1 пз 1 гоп" проводят разрушение нескольких кольцевых. образцов со стандартной скоростью 10 с и определяют разрушающую нагрузку. Затем проводят нагружение кольцевых образцов клином до фиксируемых пошкале машины уровней нагрузки в долях от Разрушающей нагрузки. После этого испытывают нагруженные таким образом кольца на замедленное хрупкое разрушение в 15- 20;4 растворе серной кислоты и строят кривую замедленного хрупкого разрушения. Нижнюю границу диапазона концентраций рабочего раствора серной кислоты выбира-. ют, исходя из того, что понижение концентрации кислоты ниже 15 приводит к "подъему" кривой замедленного хрупкого разрушения а кислоте таким образом, что в области пороговых нагрузок кривая замедленного хрупкого разрушения в кислоте проходит "выше", чем кривая замедленного С"хрупкого разрушения в условиях электролитического наводороживания. Верхнюю границу диапазона концентраций рабочего раствора серной кислоты выбирают, исходя иэ того, что повышение концентрации киелоты выше 25 приводит к интенсивному растравливанию поверхности образцов эа короткое время (2-3 ч), искажению всего хода кривой замедленного хрупкого разрушения и, следовательно, к невозможности правильного определения времени выдержки изделий в кислоте.Другую порцию аналогично нагруженных кольцевых образцов испытывают на замедленное хрупкое разрушение в условиях электролитического наводороживания в слабом кислотном электролите, представляющем собой 0,05 Н раствор Н 2304 с добавлением стимулятора наводороживания (ЙН 2)2 СЯ в количестве 20 мг/л. Состав электролита и плотность тока наводороживания (1 мА/см ) выбирают таким образом, чтобы процесс электролитического наводороживания имитировался диффузией водорода, и растрескивание определялось водородным охрупчиванием, а не проходило по активному коррозионному механизму, Строят кривую замедленного хрупкого разрушения или наводороживании и по ней определяют до 2, являющееся минимальным значением порогового напряжения, к которому стремится напряжение растрескивания металла при длительном хранении в атмосферных условиях. Для стали ЭП 836 оаР составило 320 й 30 МПа с доверительной вероятностью 0,95. Затем по пересечению кривой замедленного хрупкого разрушения при исйытаниях в кислоте с уровнем находят время испытания патрубков в растворе серной кислоты, необходимое для выявления остаточных внутренних напряжений, превышающих оЦР, т,е. способных вызвать растрескивание. труб при хранении, Это время составило 3 ч.Определенное таким образом время берут за основу при определении опасного уровня остаточных напряжений в высоко- прочных трубах из мартенситно-стареющей стали ЭП 836, Патрубки от исследуемой партии труб помещают в раствор серной кислоты такой же концентрации, как и раствор, используемый при построении кривой замедленного разрушения образцов в кислоте, и по истечении трехчасовой выдержки осматривают при четырехкратном увеличении. Если притаком осмотре не обнаруживают трещин на поверхности патрубков, то утверждают, что уровень остаточных напряжений в трубах не превышает опасное зна1826014 Формула изобретения Способ определения уровня остаточных внутренних напряжений в изделиях из(кппс, ) Составитель В.СарракТехред М,Моргентал дактор орректор М.Андрушенко аказ 2316 Тираж .ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035 Москва ЖРа шская наб, 4/5Про изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 чение о 8 Р =350 МПа и, следовательно,исследуемая партия труб не будет подвержена растрескиванию при неограниченнодолгом хранении. Если при осмотре на поверхности патрубков обнаруживают видимые трещины, то утверждают, что уровеньостаточных напряжений в трубах превышает пороговое значение и, следовательно, испытуемаяпартия подвергнетсярастрескиванию при длительном хранении,а значит такая партия труб подлежит отбраковке.По результатам определения опасногоуровня остаточных внутренних напряжений. в трубах из мартенситностареющей сталиЭП 836 была выдана гарантия от растрескивания. В течение трех лет растрескиванияэтих труб в процессе их хранения не проИЗОШЛО,Предложенный способ позволяет определить опасный локальный уровень остаточных внутренних напряжений в изделиях извысокопрочных сталей, в отличие от спосо-.ба-прототипа;.по которому невозможно определить локальные остаточные 25микронапряжения, а можно лишь определить остаточные напряжения первого рода,уравновешенные в объеме тела,высокопрочных мартенситных и ферритных сталей, по которому из изделий изготавливают образцы, выдерживают их в растворе кислоты и определяют остаточные внутренние напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью определения уровня остаточных внутренних напряжений, которые могут привести к растрескиванию иэделий при длительном хранении, предварительно определяют напряжение разрушения стали, испытывают две партии образцов на замедленное хрупкое разрушение, одну в 15-25 ф, - ном растворе серной кислоты, а другую - в условиях электролитического насыщения водородом в слабом кислотном электролите при плотности тока, не вызывающей активного коррозионного повреждения стали, строят кривые замедленного хрупкого разрушения в координатах: доля разрушающего напряжения - время до разрушения, затем по точке пересечения уровня порогового напряжения растрескивания стали в условиях наводороживания с кривой замедленного хрупкого разрушения стали в растворе серной кислоты определяют время выдержки изделий в растворе серной кислоты и об уровне остаточных внутренних напряжений, который может привести к растрескиванию, судят по наличию или отсутствию трещин на изделиях после указанной выдержки в 15-25-ном растворе серной кислоты.