книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин
..pdfОтметим, что при оценке вида из |
|
|
|
|
||||||
лома по III |
варианту |
«аустенитная» |
|
|
Волокнистая состав |
|||||
часть излома (центр образца) отнесе |
|
Вари |
ляющая площади из |
|||||||
|
лома, |
% |
||||||||
на к волокнистой составляющей, так |
|
ант |
на боль- 1[на образцах |
|||||||
как на диаграмме разрушения образ |
|
|
шнх пробах1 Менаже |
|||||||
цов при статическом изгибе больших |
|
|
44— 48 |
|
||||||
проб |
резких |
срывов, |
характеризу |
|
I |
|
||||
ющих хрупкое разрушение, не наб |
|
|
46 |
|
||||||
|
II |
33 — 41 |
5 а— 100 |
|||||||
людалось. |
В |
этой же |
таблице |
для |
|
|||||
|
|
37 |
95 |
|||||||
сравнения |
приведены |
результаты |
|
|
||||||
|
III |
79 — 99 |
20 — 80 |
|||||||
оценки |
изломов ударных образцов |
|
||||||||
|
|
91 |
48 |
|||||||
Менаже. |
|
|
|
|
|
|
IV |
51— 62 |
90 — 100 |
|
Изменение вида излома с пони |
|
|
57 |
95 |
||||||
жением температуры испытаний |
по |
|
|
|
|
|||||
казано на рис. 3. Критическая тем |
|
|
|
|
||||||
пература хрупкости для металла шва |
выражена в долях к ос |
|||||||||
новному металлу. Если |
принять за критическую температуру |
|||||||||
хрупкости появление первых результатов |
(при снижении темпе |
|||||||||
ратуры) |
с |
полностью |
кристаллическим |
изломом, то |
можна |
|||||
сделать вывод, что все варианты |
имеют |
примерно |
одина |
|||||||
ковые |
показатели. |
|
|
|
|
|
|
Рис. 4. Изменение ударной вязкости с понижением температуры (1. 11, Ш IV варианты).
За температуру перехода в хрупкое состояние при испыта нии ударных образцов Менаже примем температуру, при кото рой отдельные образцы снижают значение ударной вязкости до 2 кгс • м1см2. Оценим эти показатели в долях к основному ме таллу (рис. 4).
Анализ изменения ударной вязкости в зависимости от пони жения температуры испытаний показывает, что применение по перечных колебаний расширяет интервал перехода в хрупкое состояние. Значения Тк практически не изменяются.
При сравнении вариантов II, III и IV можно судить о влия нии содержания хрома и никеля в металле шва на показатели оценки склонности к хрупким разрушениям.
Для дальнейшего анализа необходимо обратить внимание на область значения а.л при нормальной температуре, интенсив ность падения вязкости с понижением температуры, ширину интервала перехода в хрупкое состояние' и разброс результатов испытаний отдельных образцов.
Учитывая приведенные результаты, оценку склонности ме талла шва к хрупким разрушениям следует устанавливать в зависимости от комплекса показателей. Анализ отдельных по казателей может привести к одностороннему заключению. По результатам сравнения различных вариантов сварки можно установить следующее.
1) Вариант I отличается от II отсутствием поперечных коле баний электродов в процессе сварки. Отдельные показатели ре зультатов испытаний отличаются незначительно. В целом мож но считать, что оба варианта практически равноценны.
2) Некоторое повышение легированиа металла шва в IV ва рианте не изменяет механических свойств при нормальной тем пературе (показатели сти, ат , б5, я|э). Наблюдается тенденция к понижению ударной вязкости, однако изломы на образцах Ме наже почти не отличаются. Понижение температуры испытаний приводит к более плавному снижению ударной вязкости как за счет небольшого улучшения Тк, так и в результате расширения интервала температур перехода в хрупкое состояние.
Изломы больших проб имеют несколько более высокие по казатели (для IV варианта в среднем 57%, а для II — 37%).
3) Дальнейшее повышение легирования Сг и ГД в III вариан те приводит к незначительному повышению прочностных по казателей (сгв, От) и заметному снижению показателей пласти ческих свойств (65, ар) при нормальной температуре. Характер излома больших проб значительно отличается благодаря более легированной «сердцевине» шва. Показатели оценки больших проб в результате этого возрастают (в среднем до 91%). Одна
ко изломы образцов Менаже имеют более низкие показатели (в среднем 48% против 95% по IV варианту). Критическая тем пература хрупкости и интервал перехода в хрупкое состояние при испытании образцов Менаже примерно одинаковые. При оценке критической температуры хрупкости по изломам образ цов Менаже можно утверждать что III вариант имеет худшие показатели.
В результате оценки склонности к хрупким разрушениям металла шва, выполненного электрошлаковым способом, можно сделать следующие выводы.
1.Металл шва электрошлаковых соединений всех рассмот ренных вариантов как по механическим показателям, так и по оценке склонности стали к хрупким разрушениям удовлетворя ет требованиям, предъявляемым к основному металлу.
2.Повышение содержания хрома до 1% и никеля до 2,4% в металле шва сварных соединений, выполненных электрошлаковой сваркой, после улучшения (закалка и отпуск , несколько ухудшая показатели механических свойств, незначительно улуч шает показатели оценки склонности к хрупким разрушениям, что в итоге можно определить как равноценные результаты. Дальнейшее легирование хромом и никелем значительно сни жает механические показатели металла шва при нормальной температуре почти не изменяя показателей опенки склонности
металла к хрупким |
разрушениям. |
|
3. Излом сварного соединения является весьма чувствитель |
||
ной характеристикой. Однако |
существующие стандарты не рег |
|
ламентируют условия |
сварки и испытаний применительно к |
|
электрошлаковым сварным |
соединениям. |
|
Норма минимально допустимого содержания волокнистой со |
ставляющей в изломе должна назначаться для определенных сварочных материалов и режимов сварки. При этом должны быть строго регламентированы условия изготовления образцов, их размеры и форма и условия испытаний. Например для свар ки проволокой св-ЮГСМТ исследованной стали толщиной 55—
60 мм в режимах с высокой долей основного металла при — =
ь
= 0,7 можно принять минимально допустимым 20% волокнис той составляющей в изломе. Принятая методика изготовления образцов соответствует наиболее жестким условиям испытания. Во всех случаях целесообразно ширину сечения излома прини мать равной толщине свариваемого металла с учетом усиления швов Если же высота сечения излома не может' быть выбрана из наиболее жестких условий испытаний ввиду недостаточной мощности оборудования для испытаний, то в этом случае мини-
мально допустимое содержание волокнистой составляющей в изломе, по нашему мнению, должно быть откорректировано (уве личено) с учетом влияния размеров и формы образцов на вид из лома.
4. Оценка склонности металла шва к хрупким разрушениям по критической температуре хрупкости при испьпании ударных образцов Менаже, определенной как по снижению ударной ра боты до 2 кгс‘м/см2, так и по появлению целиком кристалличес кого излома, дает примерно одинаковые показатели. Однако эта оценка может не совпадать с оценкой по излому больших проб, причиной чего, прежде всего, следует считать различие показателей при нормальной температуре.
|
|
|
|
Л И Т Е Р А Т У Р А |
|
|
|
||||
1. |
А. М. |
М а к а р а , |
И. В. |
Н о в и к о в , |
В. А. |
Л у ц ю к |
и др. Разработ- |
||||
|
ка технологии электрошлаковой сварки обечаек из среднелегированной |
||||||||||
|
стали |
марки АК. — Автоматическая |
сварка, 1959, № 4. |
|
|
||||||
2. |
Г. В, |
Н а з а р о в . |
Электрошлаковая |
сварка |
поковок среднелегирован |
||||||
|
ной стали толщиной 100 мм. —Сварочное производство, |
1960, № |
8. |
||||||||
3. |
Г. В. |
Н а з а р о в . |
Влияние размеров и формы образцов на результаты |
||||||||
|
оценки склонности металла к хрупким разрушениям по виду излома. — |
||||||||||
|
Заводская лаборатория, |
1960, |
№ 8. |
|
|
|
|
||||
4. |
Г В |
Н а з а р о в . |
Кинетика |
роста |
зерна аустенита а условиях |
терми |
|||||
|
ческого |
цикла электрошлаковой |
сварки.— Сварочное |
производство, |
|||||||
|
1963, |
№ |
12. |
|
|
|
|
|
|
|
|
К.в. ПОПОВ, Ю. В. КИСЕЛЕВ,
Е.П. НЕЧАЙ, Э. А. ЧИПЧЕЕВА
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ СТАЛИ НА ХЛАДНОЛОМКОСТЬ
В работе [1 ] было предложено уравнение, хорошо описываю щее результаты серийных определений ударной вязкости при испытании стали на хладостойкость. Это уравнение имеет вид
О,, — 0 - е ы ' ё Р е (О
где ат — максимальное значение ударной вязкости в зоне вяз ких разрушений; Т— температура испытания, °К; Ь и с— коэф фициенты.
Это уравнение имеет, однако, существенные недостатки, за
трудняющие |
его применение |
при |
обработке массового экспери |
|
ментального |
материала. |
|
|
|
Мы исследовали уравнение вида* |
|
|||
|
У ~ а + |
еь(* + |
°) * |
^ |
график которого весьма сходен с определяемой эксперименталь но температурной зависимостью ударной вязкости.
Коэффициент в уравнении (2) определяет значение функции при таких значениях аргумента, когда приращение функции при приращении аргумента становится весьма малым. Для ин тересующей нас зависимости это соответствует температурной области вязких разрушений, в которой ударная вязкость прак тически не зависит от температуры. Поэтому уравнение (2) можно записать
* В исследовании уравнения и вычислительной работе принимали участие студенты Новосибирского университета В. С. Канев, К. П. Могильников. Л. К. Попов и А. Г. Уфимцев.
а» |
1 |
+ теМТ+с) |
.(3) |
|
|
Рис. 1. Изменение графика уравнения (3) в малоуглеродистой стали (кривая 1) в резуль тате произвольного изменения коэффициен тов уравнения. Значения коэффициентов для
кривых:
где а,м — среднее зна чение ударной вязкости
в области |
вязких |
раз |
|
рушений; |
пг — произ |
||
вольный |
коэффициенте |
||
размерностью |
обратной |
||
ударной вязкости; |
Ь — |
||
коэффициент |
с размер |
||
ностью обратной |
тем |
||
пературы |
и |
с — коэф |
фициент с размерностью температуры.
Подбор коэффициен тов этого уравнения для реальных эксперимен тальных данных, вы полняемый по методу наименьших квадратов, дает возможность вы числить положение кри вой, весьма близкое к экспериментальным точ кам (рис. 1, кривая /).
Приняв |
за |
основу |
||
кривую 1 на |
рис. |
1 и |
||
полагая пг = |
|
1, |
мы ис |
|
следовали характер |
из |
|||
менения ее |
формы |
при |
||
произвольном |
|
измене, |
К о эф ф и ц и е н т 1 |
|
|
|
нии коэффициентов |
|||
— 1 |
0,047 |
0,057 |
0,072 |
0,092 |
Ь, с |
в |
описывающем ее |
аим |
|||||||
Ь |
- 0 , 0 5 2 |
- 0 , 0 5 2 |
- 0 . 0 5 2 |
- 0 , 0 5 2 |
эмпирическом уравне |
||
с |
— 236 |
— 236 |
— 236 |
— 236 |
|||
__ 1 |
5 |
6 |
7 |
8 |
нии |
вида (3). Резуль |
|
|
|
|
|
таты этого исследования |
|||
а1Ш |
0,047 |
0,047 |
0,047 |
0,047 |
|||
Ь |
- 0 , 1 0 |
- 0 , 0 4 |
- 0 , 0 3 |
— 0,052 |
также |
представлены на |
|
С |
— 236 |
- 2 3 6 |
— 236 |
-■-336 |
рис. |
1. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Изменение коэффициента а^м, вызывающее |
соответствующее |
изменение ударной вязкости в области максимальных ее значе ний, не влияет на ширину температурного интервала перехода в хрупкое состояние (снижающаяся часть кривой). Наклон кри
Более точное выражение для критической температуры хруп кости, пригодное для любых значений а,|м и апкр, получит ся, если уравнение (7) решить относительно Т и переписать в виде
7’кр= 1 1 п ( а - ^ - а - 1)-с .(10)
Обработку |
эксперименталь |
|
|
|
|||||||
ных данных |
удобно вести с при |
|
|
|
|||||||
менением |
уравнения (3), прини |
|
|
|
|||||||
мая |
т = |
1, |
гак |
как это умень |
|
|
|
||||
шает объем |
вычислительной ра |
|
|
|
|||||||
боты. Условные критическиетем |
|
|
|
||||||||
пературы хрупкости можно за |
|
|
|
||||||||
тем, |
если |
в |
этом |
есть Необхо |
|
|
|
||||
димость, |
вычислять |
по уравне |
|
|
|
||||||
ниям (9) или (10). |
|
|
|
|
|
|
|||||
С |
помощью |
|
уравнения |
(3) |
|
|
|
||||
при т = 1 |
нами описаны резуль |
|
|
|
|||||||
таты исследования |
влияния |
на |
Рис. 2. Изменение температур |
||||||||
вид температурной зависимости |
ной зависимости ударной вязкос |
||||||||||
ударной |
вязкости |
различных |
ти армко-железа [под |
влиянием |
|||||||
поглощения |
водорода. |
Обозначе |
|||||||||
факторов. |
|
2, |
3 и |
4 |
точками |
ния |
см. рис. |
1. |
|||
На рис. |
|
|
|
||||||||
обозначены |
средние |
значения |
|
|
|
ударной вязкости при соответствующих температурах испытания. К этим точкам описанным выше методом подобраны эмпиричес кие уравнения вида (3), графики которых также нанесены на рисунки. Значения коэффициентов уравнения приведены в таблице.
На рис. 2 показаны температурные зависимости ударной вяз кости армко-железа, отожженного в вакууме при температуре 950° и затем подвергнутого травлению в растворах серной кис лоты с добавкой мышьяка, в результате которого в металл про
никло |
различное |
количество водорода. Ударная вязкость опре |
|
делялась на цилиндрических образцах диаметром |
11 л*л< с коль |
||
цевым |
надрезом |
глубиной 2 мм и радиусом |
закругления |
дна I |
мм. |
|
|
Эта серия опытов демонстрирует случай, когда под влиянием ие-