Спосіб визначення максимальної пластичності конструкційних сталей при заданій механічній стабільності

Спосіб визначення максимальної пластичності конструкційних сталей при заданій механічній стабільності, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при різних температурах, визначення при цьому основних механічних характеристик металу та характеристики механічної стабільності Kms з наступною побудовою залежностей пластичності ΨK від міцності σ0,2 при заданій механічній стабільності Kms, після чого визначають максима льне значення пластичності ψ макс. при заданій K механічній стабільності Kms, який відрізняється тим, що випробування гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг здійснюють в температурному інтервалі від -269 °С до +350 °С, залежність пластичності ΨK від міцності σ0,2 при заданій механічній стабільності Kms будують безпосередньо шляхом обробки експериментальних даних в кількості, достатній для охоплення діапазону змін механічної стабільності в межах 1,0≤K ms≤2,2, а визначення максимального значення пластичності Корисна модель належить до галузі досліджування пластичності твердих матеріалів, а саме, до визначення максимальної пластичності конструкційних сталей при заданій механічній стабільності, величина якої є важливою при виборі конструкційних сталей середньої та високої міцності для створення особливо відповідальних конструкцій з гарантованим подовженим строком експлуатаційної надійності. Відомий спосіб визначення взаємозалежності характеристики пластичності K (значення відносного звуження після руйнування зразка при одновісному розтягу) і характеристики механічної стабільності Kms з використанням показника деформаційного зміцнення n [1]. Недоліком даного способу є відсутність зв'язку механічній стабільності, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при температурах в інтервалі від -196 °C до +20 °C, визначення при цьому основних механічних характеристик металу та характеристики механічної стабільності Kms з наступною побудовою залежностей пластичності K від міцності 0,2 методом об'єднання двох залежностей K-n та 0,2 при заданій механічній стабільності Kms, після чого графічним методом визначають максимальне значення пластичності макс. характеристики максимальної пластичності K з характеристикою механічної стабільності Kms. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, до способу, що заявляється, є спосіб визначення максимальної пластичності конструкційних сталей при заданій (11) UA (19) макс K . при заданій механічній стабільності K [2]. ms Разом з тим, спосіб визначення максимальної пластичності конструкційних сталей за заданою механічною стабільністю шляхом знаходження зв'язку характеристик пластичності K та міцності 0,2 з фіксованими значеннями механічної стабільності Kms за найближчим аналогом має наступні недоліки: а) недостатня точність кінцевих залежностей пластичності K від міцності 0,2, отриманих шляхом об'єднання двох залежностей - плас 62166 (13) здійснюють за формулою: a  (K ms  1)  b ψ макс.  , K K ms  c де: а=85,485; b=2,808; с=0,879. U ψ макс. при заданій механічній стабільності Kms K 3 тичності K від показника деформаційного зміцнення n та міцності 0,2 від показника деформаційного зміцнення n з фіксованими значеннями механічної стабільності Kms; б) відсутність змоги точного визначення максимальної пластичності макс K . при заданій механічній стабільності K в ms межах 1,0  Kms  2,2 у зв'язку з недостатньо широким температурним інтервалом випробувань та недостатньою кількістю експериментальних даних. В основу корисної моделі покладено задачу вдосконалення способу визначення максимальної пластичності конструкційних сталей при заданій механічній стабільності Kms шляхом розширення температурного інтервалу випробувань стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг в межах від -269 °C до +350 °C та отримання достатньої кількості експериментальних даних для побудови залежностей пластичності K від міцності 0,2 при заданій механічній стабільності Kms і охоплення діапазону змін механічної стабільності в межах 1,0  Kms  2,2, що дає змогу більш точно визначити максимальне значення пластичкс ності \\і^ ' при заданій механічній стабільності Kms за отриманою формулою. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення максимальної пластичності конструкційних сталей при заданій механічній стабільності, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при різних температурах, визначення при цьому основних механічних характеристик металу та характеристики механічної стабільності Kms з наступною побудовою залежностей пластичності K від міцності 0,2 при заданій механічній стабільності Kms, після чого визначають максимальне значення пластичності макс K . при заданій механічній стабільності K , ms згідно з корисною моделлю, випробування гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг здійснюють в температурному інтервалі від -269 °C до +350 °C, залежність пластичності K від міцності 0,2 при заданій механічній стабільності Kms будують безпосередньо шляхом обробки експериментальних даних в кількості, достатній для охоплення діапазону змін механічної стабільності в межах 1,0  Kms  2,2, а визначення максимального знамакс. чення пластичності K при заданій механічній стабільності Kms здійснюють за формулою: a  (K ms  1)  b макс K .  , K ms  c де: а = 85,485;b=2,808; с = 0,879. Запропонований спосіб дає можливість більш точно визначити максимальне значення пластичмакс. ності K при заданій механічній стабільності Kms за рахунок розширення температурного інтервалу випробувань стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг в межах від 269 °C до +350 °C та безпосередньо, без використання процедури об'єднання двох залежностей K – n та 0,2 - n, побудувати за результатами цих 62166 4 випробувань залежність максимальної пластичномакс. сті K від механічної стабільності K ms, яка є важливою при виборі конструкційних сталей середньої та високої міцності для створення особливо відповідальних конструкцій з гарантованим подовженим строком експлуатаційної надійності. Межі температурного інтервалу випробувань від -269 °C до +350 °C вибрані з міркувань робочих температур експлуатації таких особливо відповідальних конструкцій, як обладнання для кріогенної техніки (-269 °C) та корпуси атомних реакторів (+350 °C). Діапазон змін механічної стабільності в межах 1,0  Kms  2,2 охоплює реально існуючі межі механічної стабільності для сплавів на основі заліза: Kms=1,0 - це межа крихкого руйнування; Kms=2,2 це межа повністю в'язкого руйнування. Корисна модель пояснюється таблицею та графіками, а саме: в таблиці 1 наведені значення коефіцієнтів а, b,с в залежності пластичності K від міцності 0,2 при різних рівнях механічної стабільності Kms. на фіг. 1 зображені ізолінії "пластичність - міцність - механічна стабільність" для сплавів на основі заліза з низьким рівнем опору переходу в крихкий стан (Kms = 1,1-1,4): ▲ - Kms=1,1; - Kms=1,2; ▼- Kms=1,3; ♦ - Kms=1,4. на фіг. 2 - ізолінії "пластичність - міцність - механічна стабільність" для сплавів на основі заліза з помірним рівнем опору переходу в крихкий стан (Kms=1,5-1,7): ● - Kms=1,5; ▼ - Kms=1,6; ▲ - Kms=1,7. на фіг. 3 - ізолінії "пластичність - міцність - механічна стабільність" для сплавів на основі заліза з високим рівнем опору переходу в крихкий стан (Kms=1,8-2,2): ● - Kms=1,8; ▲ - Kms=1,9; ▼ - Kms=2,0; ♦ - Kms=2,2. на фіг. 4 - залежність максимального значення макс. пластичності K від механічної стабільності Kms (крива 1); асимптота вздовж вісі X (2); асимптота вздовж вісі Y (3). Спосіб реалізується наступним чином. Матеріали для досліджень добирались за принципом максимально широкого охоплення різноманітних комбінацій властивостей міцності та пластичності конструкційних сталей, при цьому діапазон характеристик міцності складав: від 0,2=166 МПа до 0,2=2060 МПа, а діапазон характеристик пластичності складав 81.0 %  K  10.0 %. Крім цього, в якості об'єктів досліджень були використані зварні шви, виконані із застосуванням різних технологій зварювання, спеціальні конструкційні сталі, що використовуються в ядерній енергетиці, а також конструкційні сталі, що використовуються в криогенній техніці. У деяких випадках змінювались також і різні режими термічної обробки сталей. Всього в цих дослідженнях використовувались результати випробувань стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний статичний розтяг більше ніж 70-ти видів сплавів на основі заліза. Проводили розтягування повздовж однієї осі стандартних гладких циліндричних зразків та визначали основні механічні характеристики та характеристики крихкого руйнування металу при різних 5 62166 температурах випробувань в інтервалі від -269 °C до +350 °C такі, як: K - відносне звуження після руйнування зразка; 0,2 - відносна границя текучості; RMC - крихка міцність; Kms - механічна стабільність. Коефіцієнти а, b,с розраховували за результатами обчислення залежностей K-0,2 за умови постійності механічної стабільності Kms=const в інтервалі 1,1  Kms  2,2 з дискретністю 0,1 за функцією: . . K = а + b 0,2 + с 0,2, де: а, b,с - параболічні коефіцієнти, значення яких наведені в таблиці 1. Залежності пластичності K від міцності 0,2 при постійних значеннях механічної стабільності Kms представлені на: фіг. 1 - для інтервалу змін механічної стабільності Kms=1,1-1,4; фіг. 2 - для інтервалу змін механічної стабільності Kms=1,5-1,7 и фіг. 3 - для інтервалу змін механічної стабільності Kms=1,8-2,2. Методика знаходження зв'язку властивостей міцності 0,2 та пластичності K конструкційних сталей з різними рівнями опору переходу в крихкий стан за критерієм постійності механічної стабільності Kms полягала у наступному: з всього масиву отриманих експериментальних даних обирали ті матеріали, у яких значення характеристики механічної стабільності лежали близько від визначеної постійної величини з точні 6 стю, що не перевищувала ±2 % від величини цього значення; в координатах пластичність K - міцність 0,2 будували відповідні ізолінії отриманих залежностей, виконуючи умову постійності механічної стабільності Kms в інтервалі змін значення цієї характеристики від 1,1 до 2,2 з дискретністю 0,1. При цьому був досліджений практично весь реальний діапазон змін механічної стабільності Kms для конструкційних сталей в пружно-пластичній області навантаження. Отримана залежність дає можливість підібрати відповідний матеріал для конструкції з максимакс. мальним значенням пластичності K , що забезпечує зниження критичної температури в'язкокрихкого переходу при заданій механічній стабільності Kms. Джерела інформації: 1. Котречко С.А., Мешков Ю.Я. Предельная прочность. Кристаллы, металлы, конструкции Киев: Наук, думка, 2008, С. 239-241. 2. Котречко С.А., Мешков Ю.Я. Новые подходы к оценке комплекса механических свойств конструкционных сталей // Металлофизика и новейшие технологии, 2009, т.31, №3, С. 375-377. Таблиця 1 Значення коефіцієнтів а, b,с в залежності пластичності K від міцності 0,2 при різних рівнях механічної стабільності Kms Значення Kms 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,2 а -22,832 10.216 13.314 30.719 -3.538 15,055 1.708 68.899 80.287 82.026 84.622 b, 1/МПа 0,118 0.096 0.117 0.100 0.176 0,153 0.195 0.459 -0.011 -0.017 - 0.022 2 С, 1/МПа -5 -4,432·10 -5 -4.245·10 -5 - 5.979·10 -5 -5.685·10 -5 -9.771·10 -5 -9,286·10 -4 - 1.234·10 -5 -3.546·10 0 0 0 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 62166 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601