Способ определения температуры локального разогрева метастабильной аустенитной стали

 

Изобретение касается исследования фазового состава и фазовых превращений, определения температуры локального разогрева метастабильной аустенитной стали у вершины трещины. Для повышения точности определения по предлагаемому способу используют серию образцов, деформированных со скоростью не более м/с при различных температурах Тц. Образцы охлаждают до T2i Тц и устанавливают их фазовый состав F. Температуру локального разогрева определяют по корреляции между Тц, T2i и F. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 N 25/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (21) 4757092/25 (22) 09.11.89 (46) 23.03.92. Бюл. ¹ 11 (75) Г,В.Клевцов и Н.А.Горбатенко (53) 543.226(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N303574,,кл. G 01 N 25/00.

l mai Y., Matake Т, Temperature variation

associated with stable crack grawth omal the

fracture toughness Walue//Bulletin of the

SSME, 1981, v. 24. 110, 192, р. 1333 — 1340. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛОКАЛЬНОГО РАЗОГРЕВА МЕТАСТАБИЛЬНОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ

Изобретение относится к способам исследования тепловых свойств вещества, конкретнее к способам определения локальной температуры метастабильных аустенитных сталей у вершины трещины.

При распространении трещины в метастабильных аустенитных сталях, в зоне пластической деформации у вершины трещины протекают два конкурирующих процесса: пластическая деформация, благоприятствующая мартенситным превращениям, и локальный разогрев материала, препятствующий таким превращениям.

Температура, а следовательно, и фазовый состав стали в локальном объеме материала у вершины трещины определяют сопро.тивление таких сталей распространению трещины. Однако точные методы измерения,, ЫЛ,1, 1721488 Al (57) Изобретение касается исследования фазового состава и фазовых превращений, определения температуры локального разогрева метастабильной аустенитной стали у вершины трещины. Для повышения точности определения по предлагаемому способу используют серию образцов, деформированных со скоростью не более 3 10 м/с при различных температурах Tli. Образцы охлаждают до T21 < Tli и устанавливают их фазовый состав F. Температуру локального разогрева определяют по корреляции между Tl1, Т21 и F. 1 ил. температуры локального разогрева материала у вершины распространяющейся трещины в настоящее время отсутствуют.

Известен способ определения рассеяния энергии в материале при вибрационй ном нагреве, позволяющий определить количество выделившегося тепла путем из- Ф мерения разности скоростей изменения QO температуры образца при вибрации и без QQ него.

Данныи способ не позволяет апреле-,) в лять локальный разогрев материала при одноразовом нагружении.

Известен также способ определения температуры локального разогрева стали у вершины трещины, согласно которому образцы стали деформируют до разрушения, при этом с помощью хромельалюминиевых

1721488 термопар измеряют разницу температур между исследуемой точкой вблизи вершины трещины и реперной точкой, находящейся далеко от верщины трещины.

По данному способу исследуемая точка измерения температуры должна быть расположена на расстоянии 3 — 5 мм от вершины трещины для того, чтобы отверстие, куда вставляется термопара, не внесло возмущений в поле напряжений вокруг вершины трещины, Это не позволяет с высокой точностью определять локальный разогрев стали непосредственно у вершины трещины.

Цель изобретения — повышение точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно используют серию образцов из исследуемой стали, деформацию до разрушения которых производят со скоростью нагружения не более 3 10 м/с (что исключает локальный разогрев) при различных температурах Т>, расположенных выше температуры разрушения образца стали

Т (Т < Т ). После разрушения образцы охла;кдают до Tz, затем производит рентгенографическое определение фазового состава

F поверхности изломов всех образцов. Устанавливают зависимость между величинами F, T> и Т2, после чего с помощью атой зависимости определяют температуру локального разогрева местабильной аустенитной стали у вершины трещины. Для этого сопоставляют количество мартенситной формы на поверхности излома исследуемого образца стали и охлажденных до Т образцов исследуемой стали, выделив среди последних такой излом, в котором количество мартенситной фазы будет равно количеству данной фазы на поверхности излома образца стали. В этом случае можно считать, что температура разрушения образца будет равна локальной температуре у вершины рапространяющейся трещины исследуемого образца стали, так как обеспечило образование одинакового количества мартенситной фазы, Такое утверждение справедливо при условии одинаковой степени пластической деформации на поверхности изломов стали и образцов, которое в случае аустенитных сталей соблюдается достаточно строго. Другим условием реализации предлагаемого способа является выбор стали, в которой тбчка начала мартенситных

° превращений при деформации Мд и точка начала мартенситных превращений при охлаждении деформированной стали должны находиться выше температуры Т .

Для обоснования способа выбрана метастабильная устенитная сталь Н26ТЗ в за10

55 каленном состоянии. При охлаждении ниже

20 С заданная сталь испытывает мартенситные превращения (Мн= -20 С).

Ударные испытания образцов проводят в интервале температур от 20 до196 С на маятниковом копре МК-30.

Статические испытания образцов проводят на машине универсальной для испытэний материалов 1958У-10-1 при скорости перемещения захватов 0,02 мм/мин. Полученные изломы подвергают рентгеноструктурному анализу.

На чертеже представлена температурная зависимость количества а-мартенсита в закаленной стали Н26ТЗ: 1 — в стали при ее охлаждении (мартенсит охлаждения); 2 — на поверхности ударных изломов, полученных при различных температурах испытания, а также на поверхности статических изломов, полученных при скорости нагружения 0,02 ммlмин и температурах 40 (кривая 3), 70 (кривая 4) и 100 С (кривая 5) и охлажденных до различных температур, Видно, что с понижением температуры испытания количество G --мартенсита на поверхности ударных изломов увеличивается, Для определения температуры локального разогрева и фазового состава стали

Н25ТЗ у вершины трещины в ударном образце, испытанном при 20 С (при 20 С в стали отсутствует мартенсит охлаждения и не требуется предварительного охлаждения статических образцов), проведена серия статических испытаний образцов с малой скоростью деформации в интервале температур 40-100 С. Полученные изломы охлаждены до 20 и -20. С и т.д, Излом, полученный npsn 70 С (по предварительно проведенным исследованиям именно зта температура оказалась искомой), после испытания перенесен без охлаждения в камеру высокотемпературной приставки к рентгеновскому дифрактометру ДРОН вЂ” 1,5 и определено качество - мартенсита на поверхности излома при 70 С. После охлаждения изломов определено количество а-мартенсита на их поверхности, Из чертежа (кривые 2 и 4) видно, что количество

-мартенсита на поверхности статического излома, полученного при 70 С и охлажденного до 20 С, равно количеству а-мартенсита на поверхности ударного излома, испытанного при 20 С. Для примера приведены результаты исследований статических изломов, полученных при 40 С (кривая 3) и

100 С (кривая 5). Следовательно, локальная температура при разрушении ударного образца при 20 С равна 70 С, а количество

1721488

-100

3,1

-196

3,0

Т, С

10, ад

-60

3,2

3,00 а -мартенсита в зоне пластической деформации у вершины трещины составляет 50 (кривая 4). После прохождения трещины поверхность излома ударного образца охлаждается до 20 С, вследствие чего количество 5 а-мартенсита увеличивается до 607;, На количество а-мартенсита оказывает влияние не только температура, но и степень пластической деформации, Для корректного определения температуры 10 локального разогрева метастабильной аустенитной стали по предлагаемому способу необходимым условием является наличие одинаковой пластической деформации как на поверхности исследуемой стали, так и 15 излома образцов. Для оценки пластической деформации сопоставляют ширину дифракционной линии (211)К а -фазы, полученную при рентгенографировании ударных и статических изломов (шероховатость изло- 20 мов во всех случаях практически одинаковая), Разрушение стали Н26ТЗ при низких температурах не сопровождается охрупчиванием, изломы остаются вязкими. Поэтому ширина дифракционной линии, полученная 25 с поверхности таких изломов, остается практически постоянной.

Ширина дифракционной линии (211) К, и — фазы, полученная с поверхности ударйых изломов, приведена в таблице. 30

Ширина дифракционной линии, полученной с поверхности статического излома при 70 С равна 3,2 10 рад, Она практически равна ширине линии, полученной с поверхности ударных изломов. 35

Одинаковое значение ширины дифракци-. онной линии свидетельствует и об одинаковой степени пластической деформации имеющей место на поверхности указан40 ных изломов. Следовательно измерение фазового состава на поверхности изломов „ обусловлено только температурой стали.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет в метастабильных аустенитных сталях определять температуру локального разогрева у вершины распространяющейся трещины. Использование йзобретения позволит более корректно судить о влиянии температуры испытания на свойства и механизм разрушения данного класса сталей, а в практике технической экспертизы — более точно оценивать температуру разрушения деталей машин, и, следовательно, более достоверно устанавливать истинную причину такого разрушения.

Формула изобретения

Способ определения температуры локального разогрева метастабильной аустенитной стали у вершины трещины, включающий деформацию до разрушения образца стали и измерение температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности -определения используют серию образцов из исследуемой стали, деформацию проводят со скоростью нагружения не более 3 10 м/с при различных температурах Тн. после разрушения образцы охлаждают до температуры Т < Т1, затем проводят рентгенографическое определение фазового состава F поверхности изломов образцов, устанавливают зависимость между величинами F, Тп и Т2;, по которой определяют температуру локального разогрева метастабильной эустенитной стали у вершины трещины.

1721488

Составитель Г.Клевцов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор. M.Äåì÷èê

Редактор Н,Рогулич

Заказ 948 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101