Способ оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки

(51)5 О 0 И ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Волгоградский научно-исследовательский и проектный институт технологии химического и нефтяного аппаратостроения и Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им. Н.Э, Баумана (72) Б.Ф, Якушин,В.А,Гришин и М,Н.Максимов(56) Рационализация и повышение уровня исследования свариваемости/Протокол 8- го совещания специалистов по теме ХХ. Гливлице. ПНР, 1981, с, 1 - 3.Авторское свидетельство СССР М 232576, кл. 6 01 й 3/08, 1969.(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ СКЛОННОСТИ МЕТАЛЛОВ К ХРУПКОМУ РАЗРУШЕНИЮ ПРИ ПОВТОРНОМ НАГРЕВЕ ПОСЛЕ СВАРКИ (57) Изобретение относится к испытаниям, а именно к способам оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки. Цель изобретения приближение условий испытаний к реальИзобретение относится к испытаниям, в частности к способам оценки склонности металлов к хрупкому разрушению в околошовной зоне при повторном нагреве после сварки.Известен способ оценки склонности сталей к образованию, трещин при повторном нагреве во время термической обработки после сварки, заключающийся в том, что на образце имитируют термический цикл сварки с максимальной температурой наным, Способ оценки склонности металлов к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки заключается в том, что на образце имитируют термический цикл околошовной зоны при сварке, растягивают его в температурном интервале хрупкости с докритической скоростью и оценивают склонность металла к разрушению по механическим свойствам при температурах повторного нагрева после сварки. Новым в способе является то, что растяжение образца в температурном интервале хрупкости проводят со скоростью деформации, которую определяют по формуле 3 = Какр/О(Тв,г. Тн,г,), где К - коэффициент исчерпания пластичности металла в температурном интервале хрупкости;К=0,8-0,95; акР - критическая деформация металла в температурном интервале хрупкости, Т 8.г. - верхняя граница температурного интервала хрупкости металла; Тг,нижняя граница температурного интервала хрупкости металла; О - безразмерный характеристический инвариант испытания, 1 табл. еще Фъ 1,Л грева цикла 13000 С, после окончания ими- ОО тирования сварочного цикла образец подвергают повторному нагреву до достижения температуры испытаний, при которой деформируют образец растяжением до полного разрушения с постоянной скоростью деформации для определения пластичности металла образца при этой температуре, величина которой служит критерием количественной оценки склонности стали к хрупкому разрушению при повторном нагреве,40 К,В -Недостатком данноо способа является его низкая достоверность, связанная с тем, что условия испытания не соответствуют реальным, так как не учитывают воздействие на металл деформационной составляющей термодеформационного цикла сварки,Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки склонности образцов различных материалов к хрупкому разрушению, заключающийся в имитации термического цикла сварки на образце, растяжении его в температурном интервале хрупкости при имитации с докритической скоростью и оценке склонности материалов к разрушению по механическим свойствам металла образцов в рабочих условиях, в частности в условиях повторного нагрева,Недостатком указанного способа является неточность оценки, связанная с существенной зависимостью определяемых критериев от условий испытаний, а именно от максимальной температуры нагрева и темпа деформации образца в температурном интервале хрупкости при имитации термодеформационного цикла сварки.Целью изобретения является приближение условий испытаний к реальным.Согласно предлагаемому способу нагрев образца осуществляется по заданному закону до температуры, лежащей в интервале между температурой верхней границы температурного интервала хрупкости и температурой нижней границы температурного интервала хрупкости данного металла и определяемой с учетом безразмерного характеристического инварианта испытания, исходя из соотношенияу ТмаксТв,г.где 0 - безразмерный характеристический инвариант испытания;Тмакс - максимальная температура имитируемого термоцикла сварки;Тв,г, - верхняя граница температурного интервала хруп кости. На этапе охлаждения от максимальной температуры имитируемого термоцикла сварки образец подвергают деформированию в температурном интервале хрупкости, при этом темп деформации растяжения определяют по формуле где К - коэффициент исчерпания пластичности металла в температурном интервале хрупкости. Значения необходимо принимать равными 0,8 - 0,95 для приближения условий испытаний к экстремальным; 5 10 15 20 25 30 35 акр - критическая деформация металла в температурном интервале хрупкости, т.е, минимальная деформация, при которой происходит разрушение образца в температурном интервале хрупкости;Тв.г. - верхняя граница температурного интервала хрупкости;Тн.г. - нижняя граница температурного интервала хрупкости;0 - безразмерный характеристический инвариант испытания, определяемый из соотношения максимальной температуры нагрева образца при имитации термоцикла сварки и температурами верхней и нижней границ температурного интервала хрупкости;Тмакс2 1 Тн.г.) + Тн,г, Тв,г, Г Тв.г. Тв.г.В сопоставляемых испытаниях, и ро водимых для различных партий или марок сталей, значения О должны соответствовать друг другу, т.е. 01 = 62 = 0 = сопзс, несмотря на различия акр, Тв.г Тн,г, для испытуемых марок сталей,Способ оценки склонности металла к хрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки реализуют следующим образом.Имитацию термодеформационного цикла сварки и высокотемпературные испытания выполняют на установках, обеспечивающих изменение температуры образца по заданному закону, его деформирование в широком диапазоне скоростей и усилие, достаточное, для разрыва образцов при температурах повторного нагрева,Предварительно определяют исходные данные для воспроизведения на образце состояния металла околошовной зоны, соответствующего выбранному способу сварки (скорость нагрева, максимальную температуру нагрева при имитации, скорость охлаждения). Рассчитывают минимально допустимое значение безразмерного характеристического инварианта испытания по формуле2 (1 Тн,г) + Тн г,где Тв,г, - верхняя граница температурного интервала хрупкости;Тн.г. - нижняя граница температурного интервала хрупкости,В случае проведения испытаний нескольких марок сталей разного состава, имеющих соответственно различные значения границ температурного интервала хрупкости, для обеспечения сопоставимости результатов оценки согласно вышеприведенной формуле рассчитывают минимальнодопустимые значения Одля каждой марки стали и из них выбирают единое значение О. которое больше, либо равно каждому из рассчитанных значений (выбирается большее из рассчитанных значений) и которое 5 будет являться безразмерным характеристическим инвариантом испытания для каждой марки испытываемой стали,Рассчитывают максимальную темпера туру нагрева образца при имитации термоцикла сварки по формулеТмакс,= ОТв,г, где О - безразмерный характеристический инвариант испытания; 15Тв,г, - верхняя граница температурного интервала хрупкости.Образец испытываемой стали закрепляют в захватах установки и нагревают с заданной скоростью до температуры Тмакс. 20 На этапе охлаждения образца с заданной скоростью от Тмакс до температуры нижней границы температурного интервала хрупкости его деформируют растяжением, при этом темп деформации определен по фор мулеВ=К где К - коэффициент исчерпания пластичности металла в температурном интервале 30 хруп кости, К=0,8-0,95;акр - критическая деформация металла в температурном интервале хрупкости;Тв,г. - верхняя граница температурного интервала хрупкости; 35Тн,г. - нижняя граница температурного интервала хрупкости;О - безразмерный характеристический инвариант испытания.40По окончании имитации термодеформационного цикла сварки и охлаждения образца до комнатной температуры его повторно нагревают до температур, соответствующих температурам послесварочного отпуска, и деформируют при этих температурах с постоянной скоростью растяжения, равной 0,5 мм/мин, до разрушения, определяя при этом характеристики пластичности металла образца, в частности относительное суже ние. По величине относительного сужения оценивают склонность металла к хрупкому разрушению при повторном нагреве. Если ф 10%, то считается, что материал склонен к разрушению при повторном нагреве, если 55 10 О ф 20 О, то разрушение возможно, если ф20 О, то металл считают не чувствительным к разрушению при повторном нагреве,П р и м е р. Испытаниям подвергают образцы из двух марок сталей следующего состава:сталь М 1, а 6: С 0,10; Я 0,34; Мп 1,13; Сг 2,2; й 0,52; Мо 0,49.сталь М 2, в: С 0,094; Мп 0,91; 51 0,25; В 1,93; Мо 0,49; Ч 0,04; Сг 0,16; В 0,001,Предварительно определяют дан н ые для воспроизведения на образцах состояния металла околошовной зоны при электрошлаковой сварке. Этими данными являются скорость нагрева при имитации термоцикла сварки от комнатной температуры до максимальной температуры цикла Инагр=5 С/с, скорость охлаждения при имитации термоцикла сварки от максимальной температуры цикла до комнатной Иоки.=1 С/с. Данные, обусловленные физикохимическими характеристиками каждой марки оцениваемой стали, следующие,Для стали М 1 верхняя граница температурного интервала хрупкости при воздействии термоцикла сварки Тв.г.= 1450 С, температура нижней границы температурного интервала хрупкости Тн,г,=1360 С, критическая деформация в этом интервале а р 1-11 ммДля стали М 2 верхняя граница температурного интервала хрупкости Тв.г.2=1460 С, нижняя граница температурного интервала хрупкости Тв.г.2 =1350 С, критическая деформация в этом интервале а,р 2 =0,9 мм,Рассчитывают значение безразмерного инварианта испытания по формуле2 (1 Тн.г) + Тн.г.Тв,г, Тв.г.Для стали М 11360 1360О 1 =3(1 1450) + 1 50 0,9793, Для стали % 2Й = -(1 -- )+ - =0,9748.1350 13503 1460 1460Для сопоставляемых испытаний значения безразмерного инварианта испытания разных марок сталей должны соответствовать друг другу, т,е, необходимо, чтобы О 1 = Й. так как для стали 3 Ф 1 значения Оне могут быть меньше 0,9793, то и для стали М 2 принимаем О=0,9793.Исходя из значений безразмерного характеристического инварианта испытания рассчитывают максимальные температуры имитируемых циклов сварки.Для стали М 1Тмакс.1 = Тв,г,1 1450 х 0,9793=1420, Для стали М 2Тмакс,2 = Тв.г.2М 460 х 0,9793=1430.Вычисляют значения темпа деформации образцов в температурном интервалехрупкости на этапе охлаждения от максимальной температуры имитируемого термоцикласварки до нижней границы температурногоинтервала хрупкости по формулеИсходя из того, что приближения условий испытаний к экстремальным коэффициент исчерпания пластичности металла втемпературном интервале хрупкости К=0,8 -0,95, принимаем для обеих сталейК 1=К 2=0,9, а темп деформации будет равендля стали В 11,10,97931450 - 1360=0,0102 мм/СНа установке ИМАШ-78 в вакууменагревают образец со скоростью 5 С/сдо температчоы, равной для стали В 1Тмакс 1= 1420 С и для образцов стали М 2Тмакс 2=1430 С. На этапе охлаждения образцовсо скоростью 1 С/с от максимальной температуры имитируемого термоцикла сварки дотемпературы нижней границы температурного интервала хрчпкости, равнойдля стали М 1 Тн.г 1= 1360 С и для стали ЬЬ 2Тн,г.2=1350 С, их деформируют растяжением с темпом, равным для стали М 1В 1=0,0165 мм/ОС и для стали гч. 2 В 2=0,0102мм/ С. Затем охлаждают образцы с той жескоростью охлаждения до комнатной температуры. Впоследствии осуществляют повторный нагрев образцов до температуры600 С и 650 С, растягивают при этой температуре со скоростью 0,5 мм/мин до разрушения. Определяют после разрушенияотносительное уменьшение площади поперечного сечения образцов в месте разрываи по этому критерию судят о склонностиметалла образцов к хрупкому разрушениюпри повторном нагреве после сварки,Результаты испытания сталей представлены в таблице. Результаты показывают, что в околошовной зоне сварных соединений сталей М1 и М 2 будет происходить хрупкое разрушение при повторном нагреве после сварки,5 однако наиболее опасным с этой точки зрения для стали М 1 будет повторный нагревдо 600 С, а для стали Мю 2 - повторныйнагрев до 650 С,Использование предлагаемого способа10 наиболее эффективно при технологическойподготовке производства новых типов толстостенных сварных конструкций из новыхмарок сталей.Формула изобретения15 Способ оценки склонности металлов кхрупкому разрушению при повторном нагреве после сварки, по которому на образцеимитируют термический цикл сварки околошовной зоны, растягивают образец пои ох 20 лаждении в температурном интервалехрупкости сдокритической скоростью и оценивают склонность металла к разрушениюпо его механическим свойствам при температуре повторного нагрева, о т л и ч а ю 25 щ и й с я тем, что, с целью приближенияусловий испытаний к реальным, растяжениеобразца в температурном интервале хрупкости проводят со скоростью В деформации, определяемой по формулее =к р-.- - - -- ,где К=0,8 - 0,95 - коэффициент исчерпанияпластичности металла в температурном интервале хрупкости;35 акр - критическая деформация металлав температурном интервале хрупкости;Те,г. - верхняя граница температурногоинтервала хрупкости металла;Тн,г, - нижняя граница температурного40 интервала хрупкости металла;д- безразмерный характеристическийинвариант испытания, определяемый поформулед 2 1 Тн.г+ Тн.г. Тмакс45 3 Тв.г Тв г Те.г.где Тмакс - максимальная температура имитируемого термоцикла сварки,10 1744568 10 15 20 25 30 35 Составитель Э. КарпиловскэяТехред М.Моргентал Корректор Н.Ревская Редактор А.Лежнина Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2192 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5