Спосіб визначення критичної температури в’язко-крихкого переходу конструкційної сталі

Спосіб визначення критичної температури в'язко-крихкого переходу конструкційної сталі, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг, 3 де  2 - міцність пластичного металу при критичному ступені деформації e=2 %; після чого визначають критичну температуру в'язко-крихкого переходу гладких зразків T0 за умови RМС =  2 , тобто K ms =1 [3]. Разом з тим, спосіб визначення критичної температури в'язко-крихкого переходу гладких зразків T0 конструкційних сталей шляхом визначення характеристики крихкої міцності RМС при значенні залишкової деформації в місці розриву =2 % та характеристики механічної стабільності K ms , яка при T0 має значення K ms =1, за прототипом має наступні недоліки: а) недостатня точність визначення характеристик крихкої міцності RМС , яка для більшості конструкційних сталей визначається шляхом графічної або математичної екстраполяції в область температур, нижчих 77К; б) необхідність проведення випробувань великої кількості зразків при температурах в інтервалі від 77К до 293К. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу визначення критичної температури в'язко-крихкого переходу гладких зразків T0 конструкційних сталей за допомогою випробувань на одновісний розтяг при кімнатній температурі 293К шляхом побудови температурної залежності міцності пластичного металу при критичному ступені деформації e  2 %   Ti у відпо2 відності до температурної залежності умовної граT ниці текучості  i , подальшої побудови 0,2 температурної залежності характеристики механіTi чної стабільності K ms та визначення на ній критичної температури в'язко-крихкого переходу гладких зразків T0 за умови K ms =1. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення критичної температури в'язко-крихкого переходу конструкційної сталі, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг, визначення основних механічних характеристик металу та характеристики механічної стабільності, згідно з корисною моделлю, випробування зразків на одновісний розтяг здійснюють при температурі 293К, знаходять температурну залежність міцності пластичного металу при критичному ступені деформації e=2 %, після чого будують температурну залежність характеристики механічної стабільності та визначають на ній критичну температуру в'язко-крихкого переходу гладких зразків за умови, що механічна стабільність дорівнює одиниці. За рахунок визначення автором температурної залежності міцності пластичного металу  Ti при 2 критичному ступені деформації e=2 % у відповідності до температурної залежності умовної границі текучості  Ti запропонований спосіб дозволяє 0,2 66722 4 побудувати температурну залежність характеристики механічної стабільності K Ti та визначити на ms ній критичну температуру в'язко-крихкого переходу гладких зразків T0 конструкційної сталі за умови, що механічна стабільність K ms =1 з більш високою і достатньою для інженерних розрахунків точністю. При цьому використовують експериментальні значення основних механічних характеристик металу, а саме:  K - відносного звуження після руйнування зразка; умовної границі текучості  0,2 ; міцності пластичного металу при критичному ступені деформації e  2 %   2 та розраховують характеристику крихкої міцності RМС за відомою формулою. Інформація про значення критичної температури в'язко-крихкого переходу гладких зразків T0 є важливою при виборі конструкційних сталей середньої та високої міцності для створення особливо відповідальних конструкцій з гарантованим подовженим терміном експлуатаційної надійності. Корисна модель пояснюється таблицею та графіками, а саме: в таблиці наведені результати визначення критичних температур в'язко-крихкого переходу гладких зразків різних конструкційних сталей і . сплавів: експериментальним шляхом T експ та 0 графічним шляхом, запропонованим за даним способом - Т гр. ; абсолютні відхилення  значень 0 гр. від експ та середня квадратична похибка  . Т T 0 0 при застосуванні запропонованого способу; на фіг. 1 зображена залежність T T T T  i /  293   i /  293 , де  i і  i - міцність 0,2 2 2 0,2 0,2 2 пластичного металу при критичному ступені деформації е=2 % і умовна границя текучості при критичній температурі в'язко-крихкого переходу гладкого зразка конструкційної сталі T0 відповідно;  293 і  293 - ті ж самі характеристики при кімна0,2 2 тній температурі випробувань Tвип.=293К; на фіг. 2 зображений спосіб визначення критичної температури в'язко-крихкого переходу гладких зразків Т гр. конструкційної сталі на темпера0 турній залежності характеристики механічної Ti Ti стабільності K ms при умові K ms  1 . Запропонований спосіб реалізується наступним чином. З метою побудови залежності Ti 293   Ti /  293 матеріали для дослі / 2 2 0,2 0,2 джень добирали за принципом широкого охоплення різноманітних комбінацій властивостей міцності та пластичності конструкційних сталей, при цьому діапазон характеристик міцності складав: від 5  0,2 =300 МПа до  0,2 =1200 МПа, а діапазон характеристик пластичності складав 80,0 %≤  K ≤10,0 %. Крім цього, як об'єкти дослі джень використовували зварні шви, виконані із застосуванням різних технологій зварювання, спеціальні конструкційні сталі, що використовуються в ядерній енергетиці, а також конструкційні сталі, що використовуються в кріогенній техніці. У деяких випадках змінювали також і режими термічної обробки сталей та температури випробувань в діапазоні 77К≤ Tвип.≤293К. Всього в цих дослідженнях використовували результати випробувань стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний статичний розтяг більш ніж 50-ти видів сталей та сплавів. Проводять випробування на розтяг вздовж однієї вісі стандартних гладких циліндричних зразків та визначають основні механічні характеристики при різних температурах випробувань в інтервалі 77К≤ Tвип.≤293К, такі як:  K - відносне звуження після руйнування зразка;  0,2 - умовна границя текучості;  2 - міцність пластичного металу при критичному ступені деформації e=2 %; n - показник деформаційного зміцнення. Характеристику крихкої міцності RМС розраховують за відомою формулою. Визначення критичної температури в'язкокрихкого переходу гладких зразків конструкційних сталей T0 здійснюють наступним чином: - характеристику крихкої міцності розраховують за результатами випробувань гладких циліндричних зразків при Tвип.=293К згідно з відомою формулою [4]: RМС  0,2  10m ,  a  lg K  b  n , m  1   c  lg K    де а=0,164; b=0,15; c=1,95. - температурну залежність характеристики меTi ханічної стабільності K ms будують за відомою формулою [3]: R Ti K ms  MC , T  i 2 де температурну залежність міцності пластичного металу при критичному ступені деформації 66722 6 e=2 %  Ti визначають згідно з отриманою залеж2 ністю (фіг. 1): T    i   Ti 0,2  ,   293   A  B  2 2   293   0,2    де А=0,3826; В=0,6735, у відповідності до температурної залежності міцності  Ti , яку розраховують, використовуючи 0,2 відому формулу [5]: T  i   293  a  expb  Ti   c , 0,2 0,2  де а=1033; b=-0,0102; с=49,6. - критичну температуру в'язко-крихкого переходу гладких зразків Т гр. конструкційної сталі ви0 значають на температурній залежності характеристики механічної стабільності K Ti ms при умові Ti K ms  1 (фіг. 2). Запропонований спосіб дає можливість визначати критичну температуру в'язко-крихкого переходу T0 гладких зразків конструкційних сталей з точністю, при якій середня квадратична похибка =9,5К (див. таблицю), що цілком достатньо для інженерних розрахунків. Джерела інформації:: 1. И.К. Походня, В.И. Швачко, А.В. Шиян, Ю.Я. Мешков, С.А. Котречко, Г.С. Меттус О природе хрупкого разрушения конструкционных сталей и их сварных соединений при испытаниях на ударный изгиб // Автоматическая сварка, 1988. - № 5. - С. 14. 2. Патент України на корисну модель № 49501, МПК G01N 3/08, 2009. 3. С.А. Котречко, Ю.Я. Мешков, А.В. Шиян Механическая стабильность - универсальная мера сопротивления переходу в хрупкое состояние металла // Успехи физики металлов. - 2009. - Т. 10, № 2. - С. 210-217. 4. Ю.Я. Мешков, С.А. Котречко, А.В. Шиян, Н.Н. Стеценко Физические основы методики определения хрупкой прочности и механической стабильности сплавов на основе железа при комнатной температуре // Металлофизика и новейшие технологии, 2011. - Т. 33, № 4. - С 1001-1017. 5. Zerilli F.J. and Armstrong R.W. Dislocation mechanics-based constitutive relations for materials dynamics calculations // J. Appl. Phys. 1987, vol. 65, N 5, p. 1816-1825. 7 66722 8 Таблиця 1 Сталі і сплави 1 15ГБ 12СГАФ 09Г2 15ГБ 15Х2МФА 20Х  0,2 , МПа 383 360 378 368 1100 1150 . T експ , К 0 49 138 145 154 97 117 Т гр. , К 0 45 128 135 146 102 105 , К , К -4 -10 -10 -8 +5 -12 9,5 Примітка: 1. Електронагрів 1173К. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601