Способ определения склонности к межзеренному охрупчиванию металлов

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТ испытываемойенным приязанные с раскрытия тсреде к зна с вполуч шины вакуу испытаниявременем е н и заданных вого нагру разруш ератур1 та о-силл,ежимах жени ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕ(56) Авторское свидетельство СССРУ 589563, кл, С 01 М 33/20, 1975,Метод испытания на длительнуюпрочность. ГОСТ 10145-81,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИК МЕЖЗЕРЕННОМУ ОХРУПЧИВАНИЮ МЕТАЛЛОВ(57) Изобретение относится к контролю термической обработки металлов иможет быть использовано при испытаниях конструкционных материалов.Цель - уменьшение времени испытания.Испытания проводятся на предварительно нагруженных образцах, имеющих концентратор напряжения в виде надреза,11 4 С 21 0 8/00, С 01 Б 33/ обеспечивающий обьемно-напряженное состояние при нагрузках, близких или ниже 1 текучести Испытания проводятося при температурах от 300 С до температур рекристаллизации в кислород- содержащих средах с парциальным дав" лением кислорода, равным или большим (до 95 Х), чем,давление в реальной газовой среде, причем критериями склонности к межзеренному охрупчиванию являются наличие обогащенных кислородом выделений по границам зерен в зоне концентраторанапряжений, а также параметры трещиностойкости, представляющие собой отношение значений коэффициентов интенсивности напряжений К и критической величиныИзобретение относится к областиконтроля термической обработки металлов и может быть использовано прииспытаниях конструкционных материалов,Цель изобретения - уменьшение времени испытания.Сущность изобретения заключаетсяв том, что испытания проводятся на 10предварительно нагруженных образцах,имеющих концентраторы напряжения ввиде надреза, обеспечивающего объемно-напряженное состояние при нагрузках, близких или ниже предела текучести при температурах от 300 С дотемператур рекристаллизации в кислородосодержащих средах с парциальнымдавлением кислорода, равным или большим (до 953), чем давление. в реальной 20газовой среде (величина 95 Х характеризует относительный верхний предел,за которым начинается среда состоящая из чистого кислорода),При этом критериями склонностик межзеренному охрупчиванию являютсяналичие обогащения кислородом выделений по границам зерен в зоне деформации и разрушения, а также предлагаемые параметры трещиностойкости, предЗОставляющие собой отношения значенийкоэффициентов интенсивности напряжений, а также критического раскрытиятрещины в испытываемой среде к значениям, полученным в вакууме. 35Кс,срезы)1,с.вакуумаПредлагаемые критерии связаны иллюстративно с введением до разрушения при заданных режимах температурно-силового нагружения, наблюдаемых при разрушении в вакууме и в среде, содержащей кислород.П р и м е р. Были изготовлены об" разцы, повьшенная прочность в котоЯО рых создавалась пластической дефор- мацией металла. Сталь 12 18 Н 10 Ттолщиной 20 мм была прокатана до толщин 17 и 13 мм, пластическая деформация составила соответственно 15 и 35%.Е 1 а фиг,1 представлены диаграммы, характеризующие механические свойства Я и Г наклепанного металла; на фиг.2 - тип образца для испытания на длительную прочность,Из упрочненного металла были изготовлены образцы для испытания на длительную прочность с двумя острыми над. резами (фиг.2),Предполагается, что окисление границ зерен равновероятно в 2 надрезах. После хрупкого разрушения по одному из надрезов второй использовали для 1 металлографических и микрорентгеноспектрального исследований.Результаты испытаний на длительную прочность стали 12 Х 18 Н 10 Т со степенью деформации 8 "35 Х, температура рекристаллизации которой составила бОО С, представлены в таблице.Из таблицы видно, что с повышением рабочих напряжений при одной и той же .температуре длительность до разрушения в реальной среде (с кислоро" дом) меньше чем в вакууме. Иеталлографическими исследованиями образцов после испытаний на длительную прочность в контрольных надрезах обнаружена фаза, распространяющаяся по границам зерен,Экспериментально с помощью прибо-,ра ПИТ-З, в котором алмазная пирамида заменена на устройство для локально -го замера электросопротивления, установлено, что данная фаза неэлектропроводна, При этом известно, что окислыжелеза также неэлектропроводны.Для доказательства превалирующейроли кислорода в образовании окисной фазы в наклепанном металле образцы с одинаковой степенью деформациииспытывали на длительную прочностьпри одинаковом температурно-силовомнагружении на воздухе (1,0110 Па)и в вакууме (1,3 1 О Па),Образец при испытании на длительную прочность, находящийся в вакууме,разрушался через 753 ч, а образец вкислородосодержащей среде - черезб 71 ч,Иоделирование на образцах с острымнадрезом процесса охрупчивания сталио,при 500 С подтвердило предположениеоб интенсивной диффузии кислородасодержащегося в реальной среде, пограницам аустенитных зерен при повышенных напряжениях. При этом происходит избирательное окисление границзерен с образованием хрупкой оксидной фазы и возникновением в ней трещин, приводящих к разрушениям,421783 Указанный механизм может снижать сопротивление ползучести и величинудлительной прочности металла приэксплуатации, что и подтвердилось результатами статических испытаний поопределению характеристик трещиностойкости.В отличие от высокотемпературногомалоциклового нагружения, где коли"чество циклов, ведущих к разрушениюв вакууме, в 3 раза больше, чем на, воздухе, статические испытания невыявили столь большего различия, нотем не менее характеристики трещиностойкости в вакууме оказывались неизменно вьппе, чем в среде воздуха.Это подтверждает вывод об образовании окисной фазы, которая чащевсего образует и растет быстрее награницах зерен. Она действует какускоритель дальнейшего роста пустоти снижает прочность материала,Величины характеристик трещиностойкости, предложенных в качествеосновы критериев склонности к охрупчиванюо, определались по методическим указаниям РД 50"260-,81. Они хорошо согласуются с показателями долговечности и с реальйым ходом раэрушения, инициированного процессом окисления,Использование предложенного способа позволяет ускоренно оцещть склонность металла, предназначенного дляэксйлуатации при высоких температурахк межзеренному охрупчиванию, вызываемому преимущественно кислородом, спо- о 40 Давление, Па Время до ЯКИ КсМПа Кс,срразруше- Кс ьак.ния, ч ИПа ТемпеСванратура,С550 300 1,01 О собствующему хрупкому разрушения вусловиях напряженного состояния реальных конструкций. 5 Формула изобретения Способ определения склонности кмежзеренному охрупчиванию металлов, 1 О преимущественно аустенитных хромоникелевых сталей и дисперсионно-твердеющих никелевых сплавов, .эксплуа-;тируемых при высоких температурах вгазовых средах, включающий нагруже" 15 нйе образцов с надрезом из испытуемых материалов в заданной газовойсреде при заданных давлении и температуре с созданием напряжений в образце не выше предела текучести мате риала, измерение параметров механических свойств, по которым определяютсклонность к .межзеренному охрупчиванию, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью уменьшения времени испыта"ния,нагружение осуществляют в среде ссодержанием кислорода не более 95 Хпри его парциальном давлении не менее,чем давление в реальной газовойсреде и при температуре 300 С (Т, 30 где Т - температура рекристаплиэа,Рцин материала), а также в вакууме,при этом в качестве параметров определяют отношения коэффициентов интенсивности напряжений и критическихвеличин раскрытия трещин, полученныхпри испытаниях в кислородсодержащейсреде, к значениям этих величин, полученных при испытаниях в вакууме,, 421783 оставитель А,Кулеминехред М.Ходанич Корректор А.Обр дакт н аказ 4392/2 П Тираж 545 ИИИПИ Государственно по делам изобретен 35, Москва, Ж, Ра