Спосіб оцінки якості конструкційної сталі
Номер патенту: 66341
Опубліковано: 26.12.2011
Автори: Шиян Артур Віталійович, Котречко Сергій Олексійович, Стеценко Наталія Миколаївна, Носенко Олег Павлович, Большаков Володимир Іванович, Мєшков Юрій Якович
Формула / Реферат
Спосіб оцінки якості конструкційної сталі, що включає проведення випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при температурах в інтервалі від 4 К до 293 К, визначення при цьому основних механічних характеристик металу та механічної стабільності , який відрізняється тим, що визначають оптимальну механічну стабільність
, а оцінку якості проводять за кількісним параметром - величиною міри оптимальності по механічній стабільності
при заданій міцності, яку розраховують за формулою:
,
де - механічна стабільність
- оптимальна механічна стабільність.
Текст
Спосіб оцінки якості конструкційної сталі, що включає проведення випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при температурах в інтервалі від 4 К до 293 К, визначення при цьому основних механічних характе ристик металу та механічної стабільності K ms , який відрізняється тим, що визначають оптима Корисна модель належить до галузі досліджування властивостей твердих матеріалів шляхом прикладання статичних навантажень, а саме, до оцінки якості конструкційних сталей при заданій міцності. Відомий спосіб оцінки якості конструкційних сталей за загальноприйнятою класифікацією, при якому оцінка якості сплавів здійснюється згідно з наступними умовними групами за вмістом шкідливих домішок сірки та фосфору: звичайної якості, якісні, високоякісні та особливо високоякісні [1]. Недоліками даного способу є умовний принцип класифікації та відсутність кількісного трактування рівня конструкційної якості металу або сплаву. Відомий також спосіб оцінки якості конструкційних матеріалів внаслідок накопичення пошкоджень в процесі напрацювання шляхом вимірювання твердості на поверхні виробу та статистичної обробки отриманих результатів [2]. Однак, такий спосіб оцінки якості конструкційних сталей також має наступні недоліки: а) аналіз тільки поверхневих шарів металу за характеристиками твердості, які не є показниками його основних механічних характеристик; б) відсутність кіль кісної оцінки найважливішої властивості металу, яка забезпечує його експлуатаційну надійність в конструкції - опору крихкості; в) низька точність та інформативність. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, до способу, що заявляється, є спосіб оцінки якості конструкційної сталі, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при температурах в інтервалі від 4 К до 293 К, визначення при цьому основних механічних характеристик сплаву та характеристики механічної стабільності Kms з наступною побудовою узагальненої діаграми взаємозв'язку властивостей "пластичність - міцність - механічна стабільність", яка обмежена кривою оптимізації, що характеризує оптимальні сполучення властивостей пластичності Ψк, міцності σ0,2 і механічної стабільності Kms, які, в свою чергу, забезпечують найвищий рівень якості металу [3]. Разом з тим, спосіб оцінки якості конструкційних сталей шляхом побудови узагальненої діаграми взаємозв'язку властивостей "пластичність міцність - механічна стабільність" та кривої оптимізації за прототипом має наступні недоліки: а) від опт льну механічну стабільність K ms , а оцінку якості проводять за кількісним параметром - величиною міри оптимальності по механічній стабільності Kms при заданій міцності, яку розраховують за формулою: K ms Kms опт , K ms де K ms - механічна стабільність (19) UA (11) 66341 (13) U опт K ms - оптимальна механічна стабільність . 3 66341 4 сутність загальної системи оцінки якості сплавів на основі заліза за групами по якості, розподілу на рівні якості всередині цих груп, а також оцінки якості всередині кожного рівня; б) відсутність кількісної оцінки якості конструкційних сталей за показником, що відображає їх здатність чинити опір крихкому руйнуванню при заданій міцності σ0,2. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу оцінки якості конструкційних сталей при заданій міцності σ0,2 шляхом введення та визначення за запропонованою формулою основного індикатора якості металу - міри Корисна модель пояснюється таблицями та графіками, а саме: в таблиці 1 наведені результати розрахунку оптимальності по механічній стабільності Kms при заданій міцності σ0,2, що дає можливість здійснювати кількісну оцінку якості з достатньою для інженерних і технологічних потреб точністю та інформативністю, використовуючи основні механічні характеристики металу, відображає його здатність чинити опір крихкому руйнуванню та дозволяє побудувати загальну систему оцінки якості сплавів на основі заліза. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі оцінки якості конструкційної сталі, при якому проводять випробування стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний розтяг при температурах в інтервалі від 4 К до 293 К, визначення при цьому основних механічних характеристик металу та механічної стабільності Kms, згідно з корисною моделлю, визначають оптимальну нки якості деяких сталей і сплавів (значення Kms наведені по мірі падіння). на фіг. 1 зображена узагальнена діаграма взаємозв'язку властивостей "пластичність - міцність механічна стабільність". на фіг. 2 зображені схема оцінки якості конструкційних сталей при заданій міцності σ0,2 та крива оптимізації 1, що характеризує оптимальне сполучення властивостей пластичності Ψк, міцності σ0,2, і механічної стабільності Kms. Спосіб реалізується наступним чином. З метою побудови узагальненої діаграми взаємозв'язку властивостей "пластичність - міцність механічна стабільність" матеріали для досліджень добирали за принципом максимально широкого охоплення різноманітних комбінацій властивостей міцності та пластичності конструкційних сталей, при цьому діапазон характеристик міцності складав: від σ0,2=138 МПа до σ0,2=2250 МПа, а діапазон характеристик пластичності складав 83,6 %≤Ψк≤1,5 %. Крім цього, за об'єкти досліджень обирали зварні шви, виконані із застосуванням різних технологій зварювання, спеціальні конструкційні сталі, що використовують в ядерній енергетиці, а також конструкційні сталі, що використовують у криогенній техніці. В деяких випадках змінювали також і різні режими термічної обробки конструкційних сталей. Всього в цих дослідженнях використовували результати випробувань стандартних гладких циліндричних зразків на одновісний статичний розтяг більш ніж 70-ти видів сплавів на основі заліза. Проводили розтягування повздовж однієї осі стандартних гладких циліндричних зразків та визначали основні механічні характеристики при різних температурах випробувань в інтервалі 4 К≤Твип≤293 К такі, як: Ψк – відносне звуження після руйнування зразка; σ0,2 - умовна границя текучості; n - показник деформаційного зміцнення. Характеристики крихкої міцності RMC, механічної стабільності Kms і оптимальної механічної стабільності опт механічну стабільність K ms , а оцінку якості проводять за кількісним параметром - величиною міри оптимальності по механічній стабільності Kms при заданій міцності, яку розраховують за формулою: K ms Kms опт K ms . з де Kms - механічна стабільність опт K ms - оптимальна механічна стабільність. За рахунок визначення характеристики опти опт мальної механічної стабільності K ms та введеного авторами кількісного параметра - міри оптима льності по механічній стабільності Kms запропонований спосіб дозволяє більш точно та інформативно провести кількісну оцінку якості конструкційних сталей при заданій міцності σ0,2. При цьому використовували експериментальні значення основних механічних характеристик металу, а саме: умовної границі текучості σ0,2; відносного звуження після руйнування зразка Ψк; характеристики механічної стабільності гладкого зразка Kms; показника деформаційного зміцнення n. Крім того, завдяки використанню для оцінки якості конструкційних сталей у запропонованому способі основного індикатора якості металу - міри оптима Kms льності по механічній стабільності відображається найважливіша його властивість - здатність чинити опір крихкому руйнуванню та з'являється можливість побудувати загальну систему оцінки якості сплавів на основі заліза. мір оптимальності Kms і для сталей і сплавів при заданих значеннях міцності σ0,2. в таблиці 2 наведена загальноприйнята класифікація по якості сталей і сплавів на основі заліза без термічної обробки при Твип.=293 К. в таблиці 3 наведені умовні межі рівнів якості сталей і сплавів при заданій міцності σ0,2. в таблиці 4 наведені результати кількісної оці опт K ms розраховували за відомими залежностями при відповідній температурі випробувань в інтервалі 4 К≤Твип≤293 К, після чого визначали міру оп тимальності по механічній стабільності Kms при заданій міцності σ0,2. Оцінка якості конструкційних сталей при заданій міцності σ0,2 полягала у наступному: - значення характеристики механічної стабільності Kms при відповідній температурі випробувань 5 в інтервалі 4 К≤Твип≤293 К визначали експериментальним шляхом за відомою залежністю [4]: RMC K ms 0,2 10n , або розраховували за відомою формулою [5]: p Kms=10 , a lg K b p n c lg K , де: а=0,164; b=0,15; с=1,95; - з метою визначення характеристик оптимаопт льної механічної стабільності K ms і пластичності опт K за базову криву приймали криву 1 на узагальненій діаграмі властивостей у взаємозв'язку "пластичність - міцність - механічна стабільність" (фіг. 1), зміст якої полягає в тому, що вона є геометричним місцем точок, що обмежують таке граничне сполучення властивостей металу, при якому будь-яке підвищення його міцності призводить до неминучого узгодженого падіння пластичності Ψк і механічної стабільності Kms. Крива 1 на фіг. 1 є кривою оптимізації, бо по своїй суті вона характеризує оптимальне сполучення властивостей пластичності Ψк, міцності σ0,2 і механічної стабільності Kms сплавів на основі заліза з підвищеною міцністю. Такі оптимальні сполучення характеристик забезпечують найвищий рівень якості металу, а вказана властивість кривої оптимізації на узагальненій діаграмі взаємозв'язку властивостей "пластичність - міцність - механічна стабільність" є фізичною основою для введення в інженерну практику кількісно інтерпретованої категорії якості конструкційних металів; - на базовій кривій оптимізації схематично представлений метод кількісної оцінки якості як міри близькості до оптимального значення сполучення властивостей сталей і сплавів у взаємозв'язку "пластичність - міцність - механічна стабільність", позначений на фіг. 2 точками а і а'. Точка а на кривій оптимізації 1 позначає оптимальне сполучення властивостей механічної стабільності опт опт K ms і пластичності K , а точка а' - сполучення цих властивостей (Kms, Ψк) у вибраного металу при заданому значенні міцності σ0,2. Таким чином, розраховували введені авторами основний індикатор якості металу - міру оптимальності по механічній стабільності Kms і допоміжний показник - міру при заданій оптимальності по пластичності міцності σ0,2 для вибраного сплаву, схематично позначеного точкою а' на фіг. 2 за формулами: K ms Kms опт K ms ; K опт K , де значення характеристик оптимальної мехаопт нічної стабільності K ms та оптимальної пластичопт ності K при температурі випробувань в інтер 66341 6 валі 4 К≤Твип.≤293 К розраховували за відомими формулами [3]: опт K ms 1 опт a K b опт K c , де: а=0,086; b=1,310; с=89,478; b опт K a 1 c 0,2 d , де: a=84,52; b=1,42; с=0,0001 [1/МПа]; d=19,58. Результати розрахунків оптимальних значень опт опт пластичності K і механічної стабільності K ms , а також мір оптимальності по механічній стабіль ності Kms і пластичності при заданих значен нях міцності σ0,2 наведені в таблиці 1, а в таблиці 4 наведені результати кількісної оцінки якості деяких сталей і сплавів. Величина міри оптимальності по механічній стабільності Kms характеризує якість конструкційної сталі, при цьому значення Kms 1 визначає найвищу якість сплаву, а по мірі знижен ня показника Kms 1 якість металу також відповідно зменшується. Таким чином, за допомогою запропонованого способу оцінки якості конструкційних сталей при заданих значеннях міцності σ0,2, авторами побудована загальна система оцінки якості сплавів на основі заліза, яка дозволяє не лише умовно класифікувати їх на групи по якості (див. таблицю 2) і проводити розподіл на рівні якості всередині цих груп (див. таблицю 3), але також здійснювати кількісну оцінку всередині кожного рівня за величиною міри оптимальності по механі чній стабільності Kms , яка водночас відображає здатність сплаву чинити опір крихкому руйнуванню. Джерела інформації: 1. Тылкин М.А.// Справочник термиста ремонтной службы. - М.: Металлургия, 1981. - С. 118119. 2. Патент № 52107А, 7 G01N3/00,G01N3/40, Спосіб оцінки деградації матеріалу внаслідок накопичення пошкоджень в процесі напрацювання "LM - метод твердості" / Лебедев А.О., Музика М.Р., Волчек Н.Л. // Промисловий вісник. Бюл. № 1, 15.01.2003. 3. Науковий твір "Оптимизация свойств пластичности, прочности и механической стабильности сталей и сплавов в виде обобщенной диаграммы", автори: Мешков Ю.Я., Котречко CO., Шиян А.В., Стеценко Н.М. Свідоцтво про реєстрацію авторського права № 39291 від 22.07.2011 /Україна/. Опубл. бюл. № 25. - С. 3,6, 11-14. 4. Котречко С.А., Мешков Ю.Я. Предельная прочность. Кристаллы, металлы, конструкции Киев: Наукова думка, 2008. - С. 142-144; 232-239. 5. 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. 7 66341 8 Таблиця 1 σ0,2, МПа Сталі і сплави опт K ms опт K , % 1 твип. К 15ГБ 15ГБ 12СГАФ 370±4 % 2,072 81,7 293 09Г2 2 Х75(СШ) 3 20ХГС2 193 4 15ГБ 233 10ГН2МФА 560±4 % 1,906 80,4 203 10Г2ФБ 233 5 09Г2 153 АК-35 173 15 × 2НФМА 77 03 × 20Н16АТ6 1130±3 % 1,460 73,0 4 6 15 × 2МФА 293 7 20 × 293 Примітки: 1. Електронагрів 1173К; 2. Зварний шов (порошковий дріт АН30-2 шари); 3. Гарячекатаний (ферит, троостит, бейніт); 4. Температура нагріву під гартування 1253 К; 5. Температура нагріву під гартування 1173 К; 6. Нагрів 1273 К, 4 год. + охол., масло + відпуск 893 К, 6 год.; 7. Відпуск 473К. Kms ΨK, % Kms 1,915 1,301 1,400 1,349 1,465 1,247 1,762 1,281 1,712 1,604 1,322 1,093 1,433 1,177 1,068 71,0 56,5 65,0 61,8 61,7 52,0 75,0 69,0 68,0 71,0 67,8 51,0 50,5 67,2 53,9 0,924 0,628 0,676 0,651 0,707 0,654 0,924 0,672 0,898 0,842 0,905 0,749 0,982 0,806 0,732 0,869 0,692 0,796 0,756 0,755 0,647 0,934 0,858 0,846 0,883 0,929 0,699 0,692 0,921 0,738 Таблиця 2 Ознаки класифікації Вміст S i σ0,2, P, Kms МПа % якості ≤2,2 ≤0,050 ≤300 >2,1 >300 ≤2,1 ≤0,035 1,7 Група якості сталі [1] звичайної (ЗЯ) якісна (Я) високоякісна (ВЯ) ≤0,025 ≥800 ≤1,7 ≥1,05 особливо високоякісна (ОВЯ) ≤0,015 ≥800 ≤1,7 ≥1,05 Відповідність іншим видам класифікації По складу По призначенню широкого застосування, конструкційні вуглецеві, низько-і се- конструкційні, інструредньолеговані ментальні конструкційні, інструвуглецеві і леговані, ментальні, з підвищевисоколеговані ними вимогами конструкційні з особлеговані, високо-і склаливими властивостяднолеговані ми вуглецеві Таблиця 3 Рівень якості Умовні межі рівнів якості оптимізованої якості (ОЯ) 0,95 Kms 105 , високої оптимізації якості (ВОЯ) 0,85 Kms 0,95 задовільної оптимізації якості (ЗОЯ) 0,75 Kms 0,85 незадовільної оптимізації якості (НОЯ) Kms 0,75 9 66341 10 Таблиця 4 твип., Группа Сталі і сплави К якості [1] σ0,2=370±4 % МПа 1 293 15ГБ 2 293 Х75 (СШ) 293 12СГАФ Я 293 09Г2 293 15ГБ σ0,2=560±4 % МПа 3 233 15ГБ Я 233 10Г2ФБ Я 4 153 09Г2 Я 203 10ГН2МФА ВЯ 5 193 20ХГС2 Я σ0,2=1130±3 % МПа 4 03 × 20Н16АТ6 ОВЯ 173 АК-35 ОВЯ 6 293 15 × 2МФА ВЯ 77 15 × 2НФМА ВЯ 7 293 20 × Я Примітки: 1. Електронагрів 1173К; 2. Зварний шов (порошковий дріт АН30-2 шари); 3. Температура нагріву під гартування 1253К; 4. Температура нагріву під гартування 1173К; 5. Гарячекатаний (ферит, троостит, бейніт); 6. Нагрів 1273К, 4 год. + охол., масло + відпуск 893К, 6 год.; 7. Відпуск 473К Рівень якості Kms ВОЯ НОЯ НОЯ НОЯ НОЯ 0,924 0,707 0,676 0,651 0,628 ВОЯ ВОЯ ЗОЯ НОЯ НОЯ 0,924 0,898 0,842 0,672 0,654 ОЯ ВОЯ ЗОЯ НОЯ НОЯ 0,982 0,905 0,806 0,749 0,732 11 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 66341 Підписне 12 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
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for evaluation of quality of construction steel
Автори англійськоюShyian Artur Vitaliiovych, Kotrechko Serhii Oleksiiovych, Meshkov Yurii Yakovych, Stetsenko Natalia Mykolaivna, Bolshakov Volodymyr Ivanovych, Nosenko Oleh Pavlovych
Назва патенту російськоюСпособ оценки качества конструкционной стали
Автори російськоюШиян Артур Витальевич, Котречко Сергей Алексеевич, Мешков Юрий Яковлевич, Стеценко Наталия Николаевна, Большаков Владимир Иванович, Носенко Олег Павлович
МПК / Мітки
МПК: G01N 3/00, G01N 3/18, G01N 19/00, G01N 3/08
Мітки: конструкційної, якості, спосіб, сталі, оцінки
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/6-66341-sposib-ocinki-yakosti-konstrukcijjno-stali.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб оцінки якості конструкційної сталі</a>
Попередній патент: Металургійний ківш
Наступний патент: Спосіб визначення критичної температури в’язко-крихкого переходу конструкційних сталей
Випадковий патент: Кремнієорганічна композиція для фасадних покриттів