Исследование механических свойств конструкционных сталей при малоцикловом нагружении
Анализ понижения пластических и вязких свойств металла. Особенность повышения его склонности к хрупкому разрушению. Основные процессы, воздействующие на структуру эксплуатируемого металла. Оценка циклической долговечности конструкционных сталей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.10.2018 |
| Размер файла | 49,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование механических свойств конструкционных сталей при малоцикловом нагружении
Голиков Н.И.
Литвинцев Н.М.
Трубные стали относятся к материалам, подверженным процессу старения, что сопровождается нежелательными изменениями их служебных характеристик. Прежде всего с процессом старения связано понижение пластических и вязких свойств металла, повышение его склонности к хрупкому разрушению. Основными процессами воздействующими на структуру и свойства эксплуатируемого металла являются: деформационное старение, связанное с изменением распределения атомов внедрения С, О, N в ферритной матрице и частичным распадом цементитной фазы как в процессе технологических воздействий, так и при эксплуатации; водородное охрупчивание; повторно-циклическое воздействие нагрузок и напряжений, которые вызывают микропластические деформации и локализацию концентрации напряжений, ускоряющих развитие повреждаемости металла при эксплуатации [1]. пластический вязкий металл сталь
В режиме малоциклового нагружения эксплуатируется значительная часть нефте- и газопроводов. Линейная часть газопроводов, испытывает воздействие низкочастотных переменных напряжений из-за изменения давления и температуры транспортируемого продукта. В условиях Севера воздействующие нагрузки на трубопроводы значительно увеличиваются и усложняются из-за температурных деформаций и процессов пучения и оттайки грунтов. Процесс накопления микро- и макропластических деформаций в ходе малоциклового нагружения, а также соотношение между скоростью накопления деформаций и развитием усталостных повреждений зависят от множества факторов, связанных с условиями нагружения и с состоянием металла. Выявление степени критической повреждаемости в ответственных металлических конструкциях является в настоящее время одним из важнейших направлений в науке о прочности материалов.
В работе [1] показано, что в условиях эксплуатации свойства материалов, в частности трубных сталей, при климатических температурах изменяются незначительно: ?т, ?в, Sк - в пределах 10%, д, ш - в пределах 15…20%. В процессе эксплуатации более заметно меняются значения ударной вязкости, так в трубной стали 17Г1С через 20 лет эксплуатации ударная вязкость стали уменьшилась до 20 Дж/см2, что ниже нормативных требований [2].
В настоящей работе приведены результаты исследования влияния искусственного наведения повреждения при малоцикловом нагружении на ударную вязкость металла труб газопроводов из конструкционных сталей марки 09Г2С и ВСт3сп.
Механические характеристики определены одноосными растяжениями образцов из основного металла труб с помощью универсальной электромеханической испытательной машины «ZWICK Z600» (Германия). Результаты испытаний представлены в таблице 1.
Таблица 1
|
Марка стали |
?т, МПа |
?в, МПа |
д, % |
ш, % |
|
|
09Г2С |
438 |
544 |
24,8 |
72,1 |
|
|
ВСт3сп |
327 |
460 |
32,02 |
56,1 |
Образцы перед ударными испытаниями, с целью искусственного наведения повреждений, были подвергнуты циклическим нагрузкам с помощью универсальной сервогидравлической испытательной машины «INSTRON 8802». Количество циклов -10000 циклов. Максимальная нагрузка достигала предела текучести испытуемых образцов. Испытания проведены при отнулевом цикле. После циклических испытаний из рабочей части каждого образца были изготовлены образцы на ударную вязкость.
Проведены испытания на ударную вязкость образцов с U-образным надрезом без усталости (в состоянии поставки), а также после искусственного наведения усталостных повреждений при температурах +200С, -400С, -600С. Испытания на изгиб проводились на маятниковом копре модели 2010 КМ-30, с энергией удара 300 Дж.
Среднее значение ударной вязкости для образцов из стали марки 09Г2С в состоянии поставки составила 320 Дж/см2 , а образцов после циклических испытаний 270,75 Дж/см2, т.е. ударная вязкость снизилась на 15,71% относительно состояния поставки (рис. 1). Для образцов из стали марки ВСт3сп результаты испытаний на ударную вязкость металла трубы представлены на рисунке 2. Как видно из графиков, после циклических нагружений происходит равномерное снижение значений ударной вязкости сталей примерно от 30 до 60 Дж/см2 практически при всех температурах испытания.
Рис. 1. Зависимость ударной вязкости испытанных образцов из стали марки 09Г2С от температуры: - красными точками отмечены результаты испытаний исходных образцов; синими после циклических испытаний при уmax равной 1,0ут (при N=10000 циклов).
Рис. 2. Зависимость ударной вязкости испытанных образцов из стали марки ВСт3сп от температуры: - красной линией отмечены результаты испытаний исходных образцов; синяя линия после циклических испытаний при уmax равной 1,0ут (при N=10000 циклов).
При проведении технического диагностирования производится расчет остаточного срока службы газопровода по изменению ударной вязкости металла по РД 12-411-01. Снижение ударной вязкости металла труб в результате старения представляются в виде экспоненциальной зависимости с параметрами, отражающими процесс старения относительно исходного значения ударной вязкости. Эти параметры определяются на основе имеющихся экспериментальных данных путем аппроксимации и в соответствии с критериями подобия процессов деформирования и разрушения металлов [3]. Поэтому параметры определены для ограниченной группы марок сталей. На рис. 3. представлены оценка долговечности испытанных сталей по значениям ударной вязкости. Из графика видно, что при отрицательных температурах долговечность металлов значительно снижается, чем при положительных температурах.
Рис. 3. Оценка циклической долговечности конструкционных сталей по значениям ударной вязкости: верхние линии - 09Г2С; две нижние - ВСт3сп.
Литература
1. Стеклов О.И. Мониторинг и прогноз ресурса сварных конструкций с учетом их старения и коррозии / О.И. Стеклов // Сварочное производство. 1997. №11. 16-21.
2. Иванцов О.М. Надежность и экологическая безопасность магистральных трубопроводов России. Межд. Конф. Сварка и родственные технологии в XXI веке. Киев, 1998 г.
3. Инструкция по диагностированию технического состояния подземных стальных газопроводов (РД 12-411-01). Серия 12. Выпуск 3 / Колл. авт.- М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2001.-120с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изменение механических, физических и химических свойств углеродистых конструкционных и инструментальных сталей в результате химико–термической обработки. Марки сталей, их назначение и свойства. Структурные превращения при нагреве и охлаждении стали.
контрольная работа [769,1 K], добавлен 06.04.2015Повышенная склонность металла труб мартенситных сталей к хрупкому разрушению при закалке - фактор, усложняющий технологию их сварочного соединения. Марки флюсов, применяемых для электрошлаковой сварки низколегированных сталей повышенной прочности.
презентация [3,3 M], добавлен 12.06.2017Требования к качеству материалов труб для газопроводов. Определение параметров трещиностойкости основного металла. Исследование механических свойств металла трубы опытной партии после полигонных пневмоиспытаний. Протяжённые вязкие разрушения газопроводов.
дипломная работа [4,7 M], добавлен 24.01.2013Исследование структурных составляющих легированных конструкционных сталей, которые классифицируются по назначению, составу, а также количеству легирующих элементов. Характеристика, область применения и отличительные черты хромистых и быстрорежущих сталей.
практическая работа [28,7 K], добавлен 06.05.2010Классификация металлов: технические, редкие. Физико-химические свойства: магнитные, редкоземельные, благородные и др. Свойства конструкционных материалов. Строение и свойства сталей, сплавов. Классификация конструкционных сталей. Углеродистые стали.
реферат [24,1 K], добавлен 19.11.2007Классификация и маркировка сталей. Сопоставление марок стали типа Cт и Fe по международным стандартам. Легирующие элементы в сплавах железа. Правила маркировки легированных сталей. Характеристики и применение конструкционных и инструментальных сталей.
презентация [149,9 K], добавлен 29.09.2013Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.
дипломная работа [492,5 K], добавлен 19.02.2011Проведение испытаний на ударный изгиб на маятниковых копрах с целью оценки склонности металла к хрупкому разрушению. Сравнение особенностей поломки материала от усталости и статической нагрузки. Определение критериев конструкционной прочности деталей.
контрольная работа [2,6 M], добавлен 29.07.2010Определение классификации конструкционных сталей. Свойства и сфера использования углеродистых, цементуемых, улучшаемых, высокопрочных, пружинных, шарикоподшипниковых, износостойких, автоматных сталей. Стали для изделий, работающих при низких температурах.
презентация [1,8 M], добавлен 14.10.2013Характеристика легированных конструкционных сталей, химического состава и свойств сплавов. Маршрутный технологический процесс изготовления кронштейна крепления вентилятора. Анализ конструктивной особенности ковочного штампа. Контроль качества поковки.
курсовая работа [580,8 K], добавлен 11.03.2013Обзор состава простых конструкционных сталей. Получение чугуна и легированных сталей. Характерные особенности медно-никелевых сплавов. Применение алюминиевых бронз, нейзильбера, мельхиора в народном хозяйстве. Механические свойства сплавов меди с цинком.
презентация [3,3 M], добавлен 06.04.2014Закаливаемость и прокаливаемость стали. Характеристика конструкционных сталей. Влияние легирующих элементов на их технологические свойства. Термическая обработка сплавов ХВГ, У8, У13 и их структуры после нее. Выбор вида и режима термообработки детали.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 12.01.2014Роль легирующих элементов в формировании свойств стали. Анализ и структура хромоникелевых сталей. Роль и влияние никеля на сопротивление коррозии. Коррозионные свойства хромоникелевых сталей. Характеристика ряда хромоникелевых сталей сложных систем.
реферат [446,2 K], добавлен 09.02.2011Повышение механических свойств стали путем введения в нее легирующих элементов. Классификация стали в зависимости от химического состава. Особенности сварки углеродистых и легированных сталей. Причины возникновения трещин. Типы применяемых электродов.
курсовая работа [33,2 K], добавлен 06.04.2012Классификация углеродистых сталей по назначению и качеству. Направления исследования превращения в сплавах системы железо–цементит и сталей различного состава в равновесном состоянии. Определение содержания углерода в исследуемых сталях и их марки.
лабораторная работа [1,3 M], добавлен 17.11.2013Что такое сталь. Классификация конструкционных сталей по химическому составу и качеству. Примеры маркировки стали. Схемы и способы разливки стали, их достоинства и недостатки. Основные способы обработки металлов давлением, особенности их применения.
контрольная работа [441,6 K], добавлен 05.01.2010Определение механических свойств конструкционных материалов путем испытания их на растяжение. Методы исследования качества, структуры и свойств металлов и сплавов, определение их твердости. Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов.
учебное пособие [7,6 M], добавлен 29.01.2011Общие сведения об электрической сварке плавлением. Механические свойства металла шва и сварного соединения. Типичная форма углового шва при сварке под флюсом стали. Особенности технологии сварки низколегированных низкоуглеродистых сталей, ее режим.
реферат [482,7 K], добавлен 21.10.2016Повышение износостойкости наплавочных материалов за счет их структурно-фазового состояния. Назначение, характеристика состава и микроструктура наплавленного металла. Влияние легирующих элементов на повышение износостойкости. Борьба с шумом и вибрацией.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 22.06.2011Литьё по выплавляемым моделям, основные принципы. Маркировка углеродистых качественных конструкционных сталей. Резины: понятие, характеристики. Основные процессы получения резинотехнических изделий. Схема изготовления корпуса дроссельной заслонки Renault.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 01.01.2014
