Реферат - Испытания при пониженных температурах - файл 1.doc

Реферат - Испытания при пониженных температурах
скачать (670.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc

671kb.

19.11.2011 07:30

скачать

содержание

---

Смотрите также:
• Испытания при повышенных температурах. Исследование ползучести и длительной прочности [ реферат ]
• Вопросы к экзамену по оп. 04 Материаловедение для специальности 15. 02. 07 Автоматизация технологических процессов и производств [ документ ]
• История испытания ядерного оружия [ реферат ]
• Перепечко И.И. Свойства полимеров при низких температурах [ документ ]
• Жидкости и их физические свойства жидкости. Гипотеза сплошности [ документ ]
• В чем различие между полиморфизмом и рекристаллизацией? Какое из этих явлений носит более общий характер? [ документ ]
• Ольховик Н.В. Режим испытания при условном осуждении [ документ ]
• Лекции. Испытания электрооборудования автомобилей [ лекция ]
• Зависимость коэффициента сжимаемости октафторциклобутана от давления при различных температурах [ документ ]
• 5 Техническая диагностика, контроль и испытания машин и оборудования [ документ ]
• Лабораторные работы по сопромату [ лабораторная работа ]
• Таблицы основных физических постоянных [ справочник ]

1.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования


Красноярский государственный Технический Университет


Кафедра : «Диагностика и безопасность технических систем»


Реферат


Тема: «Испытания при пониженных температурах.»


Выполнил:

Проверил:


Красноярск 2009


ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ИСПЫТАНИЙ

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

ХРУПКОСТИ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ

ТРУБОПРОВОДОВ

Э. Норрис и Р. Уайли

Американский институт черной металлургии (АИЧМ) пристально следит за технологическими достижениями и в области производства труб, и в области их эксплуатации в качестве магистральных трубо­проводов. С этой целью даже создана специальная подкомиссия в со­ставе представителей 14 фирм по исследованию магистральных тру­бопроводов, которая субсидирует программу исследований методов определения критической температуры хрупкости трубных материалов.

Для магистральных трубопроводов типичны материалы марок Х-52 и Х-60, производимые в соответствии со стандартом 5LX Аме­риканского нефтяного института (АНИ). Хотя технические условия АНИ не требуют проведения испытаний на ударную вязкость надре­занных образцов и не устанавливают определенного минимума удар­ной вязкости, такие испытания не новы в практике заводов, выпус­кающих газовые трубы. Здесь сложилась практика контроля качества труб, направленная на повышение ударной вязкости, которая преду­сматривает контроль за химическим составом, раскислением и спо­собами горячей прокатки, а в ряде случаев даже термообработку труб. С апреля 1969 г. АНИ предусмотрел в стандарте 5LX два необяза­тельных дополнения, посвященных испытаниям на ударную вязкость сварных труб диаметром 510 мм и выше из материалов Х-52 и дальнейших марок. В одном дополнении предусмотрены испытания об­разцов Шарпи с V-образным надрезом, размер которых составляет две трети стандартного, в другом - проведение испытаний падающим грузом (ИПГ). Размеры образцов для ИПГ и методика испытаний из­ложены в стандарте RP- 5L3 АНИ. Результаты испытаний по Шарпи и ИПГ оцениваются по степени волокнистости излома образцов, испы­танных при температуре О или 10°С (устанавливается заказчиком).

Программа исследований в области испытаний для определения критической температуры хрупкости трубных материалов выполнялась в два этапа. На первом этапе исследовались параметры испытаний, способные повлиять на результаты ИПГ. Второй этап был посвящен установлению корреляции критической температуры хрупкости, опре­деленной при ИПГ, с критическими температурами, установленными посредством других испытаний на хрупкое разрушение.

Первый этап исследований

Влияние геометрии образца, приложенного напряжения и вязкос­ти материала на критическую температуру хрупкости по виду излома (КТВИ) изучалось на толстолистовой низколегированной стали Х-52 двух толщин из одной плавки. Такие листы (пластины) номинальной толщины 6,4 и 15,9 мм (действительная толщина 7,1 и 16,7 мм) прокатывали затем в холодном состоянии еще до четырех толщин: 4,8, 4,0, 12,7 и 9,5 мм. После прокатки все пластины нормализо­вали при таких скоростях охлаждения, чтобы они соответствовали скорости охлаждения материала толщиной 15,9 мм. Затем были про­ведены химический анализ, металлографические исследования и меха­нические испытания.

Высоту, толщину и длину образцов изменяли систематически, что­бы оценить влияние этих размеров на КТВИ. Испытания проводили на вертикальном и маятниковом копрах. Хотя основным критерием служил вид излома, были исследованы и другие критерии (уровень поглощенной энергии и поперечное утолщение).

При испытаниях другой партии образцов их предварительно на­гружали продольными усилиями (перпендикулярно направлению рас­пространения трещины). Испытания проводили при двух уровнях на­ложенных напряжений на вертикальном копре в целях исследования их влияния на КТВИ.

Варьируя термообработку основного материала, изменяли его ударную вязкость до трех новых уровней. Чтобы оценить сдвиг кри­тической температуры хрупкости при изменении уровня ударной вяз­кости, проводили испытания на маятниковом копре. В качестве кри­териев использовались как вид излома, так и поглощенная энергия.

Подготовка материала и его свойства

Одна плавка низколегированной стали Х-52 с

σ₀ =36кг/мм²» предназначавшаяся для производства труб, была прокатана в пласти­ны толщиной 6,4, 9,5 и 15,9 мм.

Все эти пластины прошли проверочные испытания на растяжение в другом научно-исследовательском учреждении. Образцы для растя­жения вырезали перпендикулярно направлению прокатки. Механичес­кие свойства оказались нормальными для данного материала. Вооб­ще же более толстые пластины обладали меньшим пределом текучес­ти и большей вязкостью.

Контрольный химический анализ показал, что содержание хими­ческих элементов находилось в допустимых пределах, но содержание углерода оказалось сравнительно низким в сопоставлении с измерен­ными при данных толщинах механическими свойствами. Из побочных примесей было обнаружено наличие приблизительно 0,02% ванадия и 0,05% меди. Микроструктура была нормальной для сталей этого класса.

Влияние геометрии образца. Для исследования влияния геомет­рии образца на критическую температуру при ИПГ использовалась сталь Х-52 шести толщин. Листы толщиной 4,8, и 4,0 мм были по­лучены холодной прокаткой пластины толщиной 6,4 мм, листы тол­щиной 12,7 и 9,5 мм - холодной прокаткой пластины толщиной 15,9мм.

В целях упрощения прокатки и последующей термообработки из пластин нарезали заготовки примерно квадратной формы со стороной -300 мм. Один размер заготовки брали равным длине образца, дру­гой выбирали так, чтобы можно было получить три или четыре об­разца в зависимости от высоты. Основная прокатка велась в том же направлении, в котором прокатывались исходные пластины. Иногда для устранения коробления заготовки прокатывали и в поперечном направлении. Измерения, проведенные на пластине толщиной 6,4 мм, показали, что обжатие по толщине при поперечной прокатке состав­ляло • 0,025 мм, тогда как четыре-пять проходов основной прокатки изменяли толщину на 0,4-0,5 мм, т.е. в среднем по 0,1 мм за проход.

Все заготовки, проходившие и не проходившие холодную прокат­ку, подвергались термообработке по режиму часовой аустенизации при 870°С с последующим охлаждением с контролируемой скоростью до комнатной температуры. Заготовки толщиной 15,9 мм охлаждали на спокойном воздухе. Температуру в процессе охлаждения контроли­ровали термопарой, укрепленной на пластине. Скорость охлаждения тонких пластин замедляли до скорости охлаждения пластин толщиной 15,9 мм, покрывая пластины слоем легкой теплоизоляции. Например, пластины толщиной 6,4 мм прикрывали слоем дробленого огнеупор­ного кирпича толщиной 3 мм.

Влияние дополнительного осевого растяжения. Эта часть програм­мы исследований проведена на образцах, изготовленных из пластины толщиной 15,9 мм после часовой аустенизации при 870°С и охлаж­дения на спокойном воздухе.

Влияние вязкости материала. Для изготовления заготовок с двумя дополнительными уровнями ударной вязкости применяли следующие режимы термообработки: часовая аустенизация при 870°С с охлаж­дением в печи и часовая же аустенизация при 930°С с охлаждени­ем на спокойном воздухе.


Образцы и методика испытаний

Влияние геометрии образца. Из каждой заготовки после термооб­работки вырезали три или четыре образца для ИПГ. Образцы соответствовали стандарту на ИПГ ( RP- 5L3 АНИ, 1969 г.), если не счи­тать их длины и высоты, которые в некоторых слу­чаях изменяли умышленно.

Испытания падающим грузом проводили на ма­ятниковом или вертикаль­ном копре. Длина образ­цов была всегда на 5 О мм больше расстояния между опорами. Нужную темпе­ратуру образцу сообщали погружением образца в ванну с соответствующей жидкостью не менее чем на 3 0 мин. После вы­держки при заданной тем­пературе образцы перено­сили на опоры и разруша­ли не позднее чем через 5 сек.

Одну из половинок разрушенных образцов ис­пользовали для определе­ния процентной доли во­локнистости излома под­счетом вдоль линии или по площади. При подсче­те по площади из рассмотрения исключали прежде всего зону на краю излома равную по своей длине 'толщине образца. Оставшуюся площадь делили на семь рав­ных частей по высоте об­разца и с помощью штан­генциркуля измеряли длину (вдоль толщины) прямой части излома на каждом участке. Среднее для этих семи измерений делили на перво­начальную толщину образца и умножали на 100,'•чтобы узнать про­центную долю разрушения отрывом. Долю же разрушения срезом на­ходили по разности. При линейном подсчете производили одно изме­рение по середине вдоль высоты образца. Процентные доли разруше­ния отрывом и срезом вычисляли аналогичным образом.

Влияние дополнитель­ного осевого растяжения. Для исследования влияния приложенных напряжений на кривую перехода от вязкого разрушения к хруп­кому, построенную по ви­ду излома, вертикальный копер для ИПГ был снаб­жен специальным приспо­соблением, растягиваю­щим изгибаемый образец (рис 1). Гидравличес­кий цилиндр создавал на модифицированных образ­цах для ИПГ осевую на­грузку до 12 000 кг. На­гружающие стержни име­ли по два шарнира каж­дый, так что при повороте образца при ударе стержни оказывали не­значительное воздействие на концы образца. Для этой серии испыта­ний применялись также и стандартные опоры для ИПГ. К образцам прикладывали осевую нагрузку, соответствующую 25% (9,1 кг/мм ²) или 75% (27,3 кг/мм² ) от минимального предела текучести.

Из-за трудностей с размещением образцов на опорах их извле­кали из ванны слегка переохлажденными. В небольшое отверстие, вы­сверленное примерно на расстоянии 25 мм от сечения разрушения и на расстоянии 38 мм от кромки образца, зачеканивали термопару. Каждый




Рис 1. Специальное приспособление, пред­назначающееся для растяжения изгибаемого цилиндра.
образец, испытанный при температуре ниже комнатной, пере­охлаждали на 3 С, переносили на опоры и разрушали, когда термо­пара показывала нужную температуру.

Влияние вязкости материала. Эта серия испытаний проводилась в маятниковом копре на образцах размером 76 х79 мм, вырезанных из пластины толщиной 15,9 мм. Для каждого состояния материала строили кривые изменения процентной доли волокнистости излома и поглощенной энергии в зависимости от температуры испытаний.

Обсуждение результатов испытаний

Влияние геометрии образца. Для исследования влияния геомет­рии образцов на КТВИ проводились ИПГ на вертикальном и маятни­ковом копрах. Ниже указаны размеры использовавшихся для этого образцов.

Для уменьшения общего числа образцов их разделили на две пар­тии по 16 штук, одну из которых испытывали на вертикальном коп­ре, а другую - на маятниковом.

Толщина	Высота ,	Длина,	Расстояние между опорами,
мм	мм	мм	мм
4,0	50,8	254	203
4,8	63,5	279	229
7Д1	76,2	305	254
9,5
18,7
16,72
1 Номинальная толщина		6,4 мм.
2 Номинальная толщина		15,9 мм.

По результатам испытаний была построена 71 кривая зависимос­ти процентной доли волокнистости излома от температуры испытаний (по восьми экспериментальным точкам каждая). При испытаниях на маятниковом копре измеряли также поглощенную образцами энергию. На фиг. 10.4 приведен типичный набор изломов образцов и соответ­ствующие кривые изменения процентной доли волокнистости излома в зависимости от температуры испытаний.

Анализ данных по КТВИ (50%-ная волокнистость) проводили способом линейной регрессии. Зависимой переменной служила КТВИ (°С), независимыми переменными — высота, длина и толщина образ­цов (мм ),

Анализ охватил 35 экспериментальных точек, полученных на вер­тикальном копре, и 36 экспериментальных точек, полученных на ма­ятниковом копре. Было установлено, что эти экспериментальные дан­ные описываются эмпирическим уравнением вида T=A + B\gt, где Т - КТВИ (°С), t - толщина (мм), а А и В - эмпирические постоянные. Изменение высоты образца и расстояния между опорами не оказали влияния на величину КТВИ. Эти экспериментальные дан­ные описывались следующими уравнениями:

Вертикальный копер (по площади): Твд = - 87,8 + 4,2 lgt,

Вертикальный копер (по линии): Т_ВЛ = - 85,1 + 83,7 lgt,

Маятниковый копер (по площади): Т_МП = - 81,2+ 81,1 lgt,,

Маятниковый копер (по линии): Т_МЛ = - 81,9 + 81,8 lgt,.


На Рис 2 сопоставляются средние значения КТВИ, определен­ные по площади, с соответствующими эмпирическими кривыми. Кри­вые для КТВИ при подсчете вдоль линии дали аналогичную картину.

Исследование полученных данных показывает, что критическая температура хрупкости в данном диапазоне толщин линейно зависит от логарифма толщины. Испытания на маятниковом копре дают при­мерно те же результаты, что и испытания на вертикальном копре. Нако­нец, измерения волокнистости излома по площади и вдоль линии дают почти идентичные результаты, если речь идет о КТВИ, соответствую­щей 50%-ной волокнистости излома.




Рис 2. Результаты регрессионного анализа данных по КТВИ, подсчитанных по площади разрушения срезом, для маятникового (1) и вертикального (2)

копров.

^ В обоих случаях экспериментальные точки представляют собой среднее для 6 испытаний.





-30 -20 -Ю 0 10 20 30 АО

Температура испытаний ,°С






Температура испытаний, °С

Рис 3. Изменение длины трещины (а), вида излома и энергии (б)_} поглощен­ной образцами с размерами 63,5 х 25,4 х 16,7 мм из стали Х-52 плавки 223430, в зависимости от температуры испытаний при подсчете способом линейной регрессии (1), по поглощенной энергии (2) и по площади разрушения срезом (3).


По данным, полученным при испытаниях на маятниковом копре, были построены кривые изменения энергии, поглощенной образцами, в зависимости от температуры испытаний. На Рис 3,

приведена одна из таких кривых (вместе с температурной кривой волокнистос­ти излома). Поглощенная образцом энергия при 100%-ной волокнис­тости излома (определяемая как энергия при наинизшей температуре, при которой разрушение происходит полностью срезом) возрастает с увеличением высоты и толщины образца, т.е. с ростом поперечного сечения образца. Но если увеличение поглощенной энергии происхо­дит в первом приближении пропорционально толщине, то изменение энергии в зависимости от высоты есть экспоненциальная функция. К тому же существуют некоторые данные, свидетельствующие о том, что увеличение расстояния между опорами приводит к уменьшению поглощенной энергии при 100%-ной волокнистости излома, хотя эта тенденция выражена не очень очевидно.

Исследование корреляции уровней энергии (определяемой как по­глощенная энергия, соответствующая КТВИ при 50%-ной волокнис­тости в изломе) показало зависимость от толщины и высоты, анало­гичную зависимости при 100%-ной волокнистости.

Измерения поперечного утолщения проводились на образцах раз­мерами 51x3 05x7,1 мм. При повышении температуры испытаний в области переходных температур наблюдалось определенное увеличе­ние поперечного утолщения. Следовательно, можно установить корре­ляционное значение поперечного утолщения, соответствующее крити­ческой температуре хрупкости, такими же методами, какими это до­стигается применительно к испытаниям по Шарли. На Рис 4 при­ведены температурные кривые изменения волокнистости излома, по­глощенной энергии и поперечного утолщения.




-30 -20 -10 О 10 20

Температура испытаний, "С

Рис 4. Сопоставление данных о разрушении срезом (1), поглощенной энер­гии (2) и поперечном утолщении (3) для образцов стали Х-52 (плавка 223430) с размерами 50,8 х 305 х7,1 мм при различных температурах испытаний падаю­щим грузом.

Одна серия образцов для ИПГ была испытана несколько необыч­ным способом. Были проведены эксперименты по определению высоты подъема падающего груза, при которой удар приводил к образова­нию небольшой трещины при закритической температуре. Затем прово­дили испытания остальных образцов с целью выяснить влияние темпе­ратуры на длину возникающей трещины. Результаты этих испытаний представлены на рис 3, #. Этот метод испытаний, аналогичный разработанному методу ограниченного изгиба , дает более низкие значения критической температуры хрупкости, чем КТВИ.

Влияние дополнительного осевого растяжения. При испытаниях с осевой нагрузкой на образце были получены две кривые изменения процентной доли волокнистости излома в зависимости от температу­ры испытаний. Испытания проводили на вертикальном копре.

В одном случае растягивающие напряжения составляли 25% ми­нимального предела текучести 36 кг/мм² (9,1 кг/мм ² ), в другом -75% (27,3 кг/мм2 ).

Действие приложенных напряжений привело к следующему смеше­нию КТВИ относительно КТВИ без осевых нагрузок

Приложенное Смещение КТВИ,

напряжение, °С

кг/мм ²




9,1 + 6,7

27,3 +5,0


Это смещение было сочтено несущественным по следующим со­ображениям.

1. За температуру испытания без приложенных напряжений принималась температура охлаждающей ванны, но до разрушения образцы несколько нагревались. В то же время температура испытаний с приложенными напряжениями была действительной температурой об­разца, измеряемой с помощью термопары.

2. 
   Смещение критической температуры мало и примерно равно погрешности определения КТВИ.
   
3. 
   При большем уровне приложенных напряжений наблюдалось меньшее смещение критической температуры хрупкости.
   

Влияние ВЯЗКОСТИ материала. Были получены температурные кри­вые поглощенной энергии и волокнистости излома для материала в следующих состояниях: после нормализации от 870°С и еще после отжига и нормализации от 93О°С. На рис 5 проведено сравнение таких кривых зависимости поглощенной энергии от температуры ис­пытания. В результате проведенных испытаний получены перечислен­ные ниже значения критических температур хрупкости.

400




300

200

0


-20 0 -20 -40 -60

-

Температура испытаний,°С

Рис 5 Влияние термообработки на поглащаемую при испытаниях падающим грузом энергию после нормализации от 870°С (1), после отжига (2) и после нормализации от 930°С (3).


Влияние параметров испытаний

Сводка по первому этапу исследований

1. 
   Изменение высоты и длины образца в исследованном диапазоне не оказывает заметного влияния на КТВИ.
   
2. 
   Изменение толщины образца приводит к изменению КТВИ, ко­торое можно описать эмпирическим соотношением Т= A + B\gt где t - толщина, Т - КТВИ, а Л и В - постоянные, зависящие от методики эксперимента.
   
3. 
   Осевые напряжения, приложенные к образцу при ИПГ, не при­водят к значительному изменению КТВИ.
   
4. 
   Вариации состояния металла, вызванные различными опробо­ванными режимами термообработки, влияют на КТВИ.
   
5. 
   Корреляция между критическими температурами хрупкости, определенными по волокнистости излома и по заданному уровню по­глощенной образцами энергии, зависит как от геометрических факторов, так и от состояния материала.
   

Второй этап исследований

Были исследованы корреляции результатов испытаний падающим грузом с другими испытаниями на хрупкое разрушение. Исследования проводились на низколегированных сталях Х-60 и Х-52 (по три плавки для каждой). Испытания проводились на пластинах и трубах толщиной 9,5 и 15,9 мм. Для каждого вида полуфабриката данной плавки проводили химический анализ, металлографические исследова­ния и механические испытания. В нескольких случаях данные о пре­деле текучести для труб, полученные при испытаниях колец, сообща­лись заводом-изготовителем.

Испытания проводили на маятниковом копре по следующим сооб­ражениям: 1) исследования, проведенные на первом этапе, показали, что значения КТВИ, полученные на маятниковом копре, практически совпадают с величинами КТВИ, определенными на вертикальном коп коп­ре; 2) маятниковый копер дает дополнительные сведения об ударной вязкости материала. В результате для каждого вида полуфабриката данной плавки были получены кривые "волокнистость - температура" и "поглощенная энергия - температура".

По результатам испытаний образцов Шарли с V-образным надре­зом стандартного и уменьшенного (2/3 и 1/2) размеров были по­строены температурные кривые изменения поглощенной энергии, по­перечного утолщения и волокнистости излома. Для каждой комбина­ции материала, плавки и вида полуфабриката определяли температу­ру нулевой пластичности (ТНП), согласно рекомендациям АОИМ (Е 208-69). Кроме того, были испытаны отдельные образцы с прес­сованным надрезом.

Влияние направления прокатки на критическую температуру хруп­кости было исследовано в испытаниях с ограниченным изгибом на вертикальном копре, оборудованном специальными опорами. Критери­ем, используемым при этих испытаниях, служила длина образовавшей­ся трещины в функции температуры.

Для пластин и труб одной плавки натурной толщины были прове­дены испытания на выпучивание при нагружении взрывом. Критерием ТНП для пластин было разрушение до самых кромок образца при очень малой деформации. Критерием для ТНП труб длиной в два диа­метра было разрушение по крайней мере до одного конца трубы.

Материалы для второго этапа исследований

Пластины и трубы из низколегированной стали Х-52. Пластины и трубы из материала трех плавок были поставлены в толщинах 9,5 и 15,9 мм. Химический состав и механические свойства были нор­мальными для стали Х-5 2.

В одном специальном научно-исследовательском институте были проведены проверочные испытания на растяжение материала каждой пластины и каждой трубы. Образцы вырезали поперек направления прокатки. Результаты проверки соответствовали данным, сообщенным заводом—изготовителем. Как правило, более толстые пластины обла­дали самой низкой прочностью и самой значительной пластичностью.

Контрольный химический анализ показал, что химический состав находится в пределах нормы для стали Х-52. Из примесей были об­наружены 0,02-0,03% V,0,006%Nb<0,02% C_u,0,01%Cr и 0,01%Ni.

Пластины и трубы из стали Х-60. Пластины и трубы из стали Х-60 трех плавок были поставлены в толщинах 9,5 и 15,9 мм.

Механические свойства и химический состав, определенные на за­воде и в НИИ, были нормальными для данного материала. Из приме­сей присутствовали хром и никель. Кроме того, в плавке 2771 при­сутствовали следы циркония, а в плавках 2771 и 3271 были обна­ружены следы никеля.

Образцы и методика испытаний

В данной части исследований применялись пять видов испытаний: 1) испытания падающим грузом; 2) ИПГ для определения темпера­туры нулевой пластичности (ТНП); 3) испытания по Шарли образцов с V-образным надрезом; 4) испытания на ограниченный изгиб; 5) ис­пытания на выпучивание при нагружении взрывом.

Были внесены некоторые изменения в методики испытаний, напри­мер использование образцов в 1/2 и 2/3 стандартного размера при испытаниях по Шарпи, применение прессованного надреза при ИПГ и испытания труб при нагружении взрывом. Все эти изменения подроб­но рассмотрены ниже.

Испытания падающим грузом. На основе исследований первого эта­па программы для ИПГ на втором ее этапе были выбраны образцы размером 7 6x305 мм (стандарт АНИ RP- 5ЬЗ).Их вырезали перпен­дикулярно направлению прокатки. Образцы из труб перед испытания­ми выпрямляли.

Испытания проводили на маятниковом копре с пролетом между опорами 254 мм по уже описанной выше методике.

Поглощенную при разрушении образцов энергию определяли по уг­лу отклонения маятника после удара. Волокнистость излома опреде­ляли по площади; этот способ нашел более широкое распространение, чем метод определения вдоль линии.

ИПГ для определения ТНП. Температуру нулевой пластичности (ТНП) всех материалов определяли в соответствии со стандартом АОИМ Е 208 на образцах Р-3 для материала толщиной 15,9 мм. Кроме того, для пластин толщиной 9,5 мм и для двух толщин труб­ного материала пользовались нестандартными образцами. Для плас­тины толщиной 9,5 мм все размеры, кроме толщины, совпадали с раз­мерами образца Р-3. Образцы из труб имели размер 51x127 мм, а толщина образцов была равна толщине труб. Образцы из труб испы­тывали с сохранением кривизны труб. Испытания материала пластин и труб для одной плавки стали Х-52 при толщине 15,9 мм были про­ведены на образцах с прессованным надрезом.

Для нестандартных образцов пользовались специальными опорами, которые обеспечивали достаточный прогиб образцов с созданием на растянутой поверхности образца напряжений, достигающих предела текучести.

Образцы нагревали или охлаждали так же, как и при ИПГ, но ис­пытания проводили на вертикальном копре. Возникновение трещин на одной или двух кромках на растянутой стороне образца считалось разрушением, как это предусматривает стандарт АОИМ Е 208.

Испытания по Шарпи. Для испытаний по Шарпи применялись об­разцы как стандартного, так и уменьшенного ( в 2/3 и 1/2 стан­дартного) размеров. Были лишь два исключения: 1) вместо стандарт­ного образца для пластин толщиной 9,5 мм использовался образец в полную толщину пластины и 2) образцы в полную толщину не уда­валось изготовить из стенки трубы толщиной 9,5 мм. Во всех слу­чаях образцы были ориентированы поперек направления прокатки, а надрез шел по толщине материала. Таким образом, ориентация со­впадала с ориентацией образцов для ИПГ. Образцы Шарпи с V-образ-ным надрезом из труб вырезали без предварительного спрямления заготовок.

Испытания по Шарпи проводили на копре фирмы "Риль* мощностью 33 кгм с дистанционным управлением, что позволяло сократить вре­мя между извлечением образца из ванны термостата и его разруше­нием менее чем до 5 сек. Ванну наполняли спиртом для испытаний при температурах ниже комнатной и водой — при температурах от ком­натной до 100°С.

Для каждого образца определяли поглощенную энергию, процент­ную долю волокнистости излома и поперечное утолщение. Эти данные использовались для построения температурных кривых, по которым определяли критические температуры хрупкости по 50%-ной волокнис­тости, по уровню работы разрушения 2 кгм и по поперечному утол­щению 0,38 мм (все для стандартных образцов) и критические тем­пературы хрупкости по уровню 1,4 кгм и по поперечному утолщению 0,25 мм для образцов размером в 2/3 стандартного.

Испытания на ограниченный изгиб. Данные испытания проводили на вертикальном копре, оборудованном специальными опорами для ограничения стрелы прогиба образца. Во всем остальном они были аналогичны испытаниям падающим грузом.

Величина заданного прогиба соответствовала появлению трещин в вершине надреза при ударном нагружении при комнатной темпера­туре. Ее определяли экспериментально для каждой партии образцов. Испытания следующих образцов проводили при температурах ниже комнатной и определяли длину возникающей при этом трещины. Тем­пература, при которой трещина достигала распространения на все се­чение образца, принималась за критическую температуру.

Испытания взрывом.Испытания подобного рода проводили на плос­ких образцах и цилиндрах. Плоские образцы имели размеры 508 х 508 х 15,9 мм с инициирующим надрезом, выдавленным на поверх­ности пластины. Геометрия надреза совпадала с геометрией прессо­ванного надреза на образцах для ИПГ. Цилиндрическими образцами служили отрезки труб длиной 1,5 м. Диаметр этих труб был равен 762 мм, толщина стенки - 15,9 мм. Прессованный надрез ориенти­ровали вдоль трубы и располагали на середине длины.

Стандарта на испытания взрывом материала такой толщины не существует. Однако при проведении испытаний придерживались тре­бований стандарта Судпрома 0900-005-5000 на проведение испы­таний на выпучивание при нагружении взрывом. Это испытание за­ключается во вдавливании испытываемой пластины в круговой вы­рез матрицы действием взрывной волны. Размер заряда и расстоя­ние до образца определяют экспериментально по 3—5%-ному умень­шению толщины материала после нагружения взрывом при темпера­туре выше ТНП не меньше чем на 33°С. Испытания проводят при нескольких температурах, после испытаний определяют следующие характерные i температуры.

1. 
   ТХР - температура хрупкого разрушения, при которой начинается распространение трещины, но трещина останавливается при до­стижении области упругого сжатия. Было найдено, что для сталей ТХР примерно на 3 3°С выше ТНП.
   
2. 
   ТНП - температура нулевой пластичности, при которой разру­шение пластины происходит при очень малой пластической деформации всей пластины. Ее определение сопряжено с большими трудностями, чем определение ТХР, из-за неопределенности понятия "очень малая"
   пластическая деформация.
   

Для испытания цилиндра взрывом заряд взрывчатого вещества подвешивали в геометрическом центре цилиндра. Взрывные испытания труб не регламентируются ни одним стандартом, но они уже исполь­зовались в отдельных случаях для оценки прочности сварных швов в трубах. Размер заряда выбирали таким образом, чтобы при темпе­ратуре выше ТХР толщина стенок уменьшалась на 3-5%, т.е. исполь­зовался тот же критерий, который применяется для определения ве­личины заряда при испытаниях плоских образцов. Было установлено, что достаточно 2,7 кг взрывчатого вещества, отстоящего от стенок на расстоянии 330 мм (радиус трубы за вычетом радиуса заряда). Такой заряд создавал зону пластической деформации длиной 30 см. Критерием достижения ТНП было распространение трещины по упру­го нагруженному материалу до самого конца цилиндра.

Обсуждение результатов

Испытания падающим грузом. Испытания падающим грузом, прове­денные на маятниковом копре, позволили получить данные для по­строения следующих кривых: 1) зависимости волокнистости излома от температуры и 2) зависимости поглощенной энергии от темпера­туры. Испытания проводили на сталях Х-52 и Х-60 трех плавок. Ма­териал поставлялся в виде пластин и труб толщиной 9,5 и 15,9 мм. Для каждой комбинации материала, толщины и полуфабриката были получены температурные кривые изменения волокнистости излома (оп­ределенной по площади) и поглощенной энергии.

Температурные кривые волокнистости излома обычно использова­ли для определения температуры, при которой разрушение происходит на 50% срезом. Эту температуру считали критической температурой хрупкости по виду излома (КТВИ). Стандартного метода определения критической температуры хрупкости по температурным кривым погло­щенной энергии не существует. Но так как изменение поглощенной энергии есть результат перехода от разрушения отрывом к разруше­нию срезом, то представляется целесообразным определять критичес­кую температуру хрупкости по 50%-ному уровню энергии (КТЭ). При этой температуре поглощенная энергия равна половине разности энер­гий, затраченных на разрушение при 100%-ном срезе и при 100%-ном отрыве. Значения этих критических температур хрупкости приведены в табл. 10.1.




Рис 6. Результаты ИПГ образцов из листа стали Л-60 толщиной 15,9 мм (плавка 2771).

1. 
   — поглощенная энергия;
   
2. 
   - вид излома.
   

.





Рис 7. Результаты ИПГ об­разцов из листа стали Х-52 тол­щиной 9,5 мм (плавка 223430) . 1 поглощенная энергия; 2 - вид излома.


Рис 8. Результаты ИПГ об­разцов из листа стали Х-60 толщи­ной 9,5 мм (плавка 2771). ^ 1 — поглощенная нергия; 2 — вид излома


Поглощенная энергия при 100%-ном срезе имеет большое зна­чение для материалов магистральных трубопроводов, так как она слу­жит мерой способности материала тормозить начавшееся разрушение. Эти значения также приведены в табл. 1.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы.

1. 
   Для данных толщин и полуфабрикатов критическая температу­ра хрупкости материала трех плавок различается не более чем на 19,5°С.
   
2. 
   КТЭ примерно равна или несколько выше КТВИ, Это разли­чие обычно находилось в пределах 3°С.
   
3. 
   Для данной плавки и полуфабриката критическая температура для более толстого материала (15,9 мм) выше, чем для более тон­кого (9,5 мм).
   
4. 
   Трубы имеют более высокую критическую температуру хруп­кости, чем листы, из которых они были изготовлены.
   

ИПГ ДЛЯ определения ТНП. В табл. 2 приведены значения ТНП для каждой из 24 заготовок материала. Для толщины 15,9 мм ТНП выше, чем для 9,5 мм. Кроме того, ТНП для труб всегда равна или выше ТНП соответствующей пластины. Та же картина наблюдалась и при ИПГ на маятниковом копре. Чтобы определить степень влияния, которое оказывает на результаты ИПГ нагрев при нанесении на об­разец сварного шва, были проведены испытания модифицированных об­разцов, снабженных прессованным надрезом. Эти испытания проводи­ли на образцах из листов и труб толщиной 15,9 мм, изготовленных из стали Х-52 плавки 223430. Были получены следующие значе­ния ТНП:

Инициатор трещины	ТНП, °С	Полуфабрикат
Сварной шов	-23	Лист
Прессованный надрез	-12
Сварной шов	- 7	Труба
Прессованный надрез	-12

Так как образцы с прессованным надрезом дали более высокое значение ТНП для листа и более низкое для трубы, а разница оказа­лась незначительной, то можно использовать для испытаний материа­ла данного класса образцы любого из этих двух типов.


Таблица 1 КТВИ и КТЭ для сталей Х-52 и Х-60

Сталь		Плавка		Толщина, мм		Полуфабкат		КТВИ, °С	Энергия, поглощен- ная при 100%-ном срезе, кгм		КТЭ, °С
Х-52		122163		15,9		Лист		-1	330		2
			9,5		if			-23		170		-12
				15,9			Труба	16		360		18
				9,5	if			-1		180		2
	223425			15,9	Лист			8		325		10
				9,5				-7		170		-4
				15,9	Труба			18		356		18
				9,5	//			4		192		8
	223430			15,9	Лист			18		386		21
				9,5				-9		192		-9
	Х-60			15,9	Труба			2*7		364		27
				9,5				4		185		8
	2271			15,9	Лист			-9		330		-1
				9,5	tr			23		170		-21
				15,9	Труба			16		280		18
				9,5	//			-21		150		-21
	3271			15,9	Лист			-7		304		-4
				9,5				-34		152		-26
				15,9	Труба			8		325		13
				9,5	if			-23		161		-21
	4131			15,9	Лист			-21		250		-15
				9,5	9			-32		190		-26
				15,9	Труба			-1		370		4
				9,5				-12		186		-9

Таблица 2 Температура нулевой пластичности для сталей Х-52 и Х-60

Сталь	Плавка	Толщина,	Полуфабрикат	ТНП при ИПГ,
		мм		°с
Х-52	122163	15,9	Лист	-40
		9,5	if	-57
		15,9	Труба	-23
		9,5		-46
	223425	15,9	Лист	-12
		9,5	if	-51
		15,9	Труба	-12
		9,5	if	-34
	223430	15,9	Лист	-23
		9,5	//	-46
		15,9	Труба	_7
		9,5	//	-34
Х-60	2771	15,9	Лист	-29
		9,5		-51
		15,9	Труба	-18
		9,5	//	-46
	3271	15,9	Лист	-29
		9,5	if	-57
		15,9	Труба	-29
		9,5	if	-51
	4131	15,9	Лист	-34
		9,5	//	-51
		15,9	Труба	-29
		9,5	if	-46

---

Скачать файл (670.5 kb.)

Поиск по сайту:  

---