Динамическая прочность и пластичность

Прочность и пластичность металла при ударном разрушении

Один из перспективных методов испытания металла на удар – это метод осевого разрушения ударом (ОРУ) [1].

Методика ОРУ разработана в ОАО «РосНИТИ» и согласованна с Техническим комитетом ТК 145 «Методы контроля металлопродукции» и позволяет определять пластичность металла при ударном разрушении и ударную вязкость КСV_ору Дж/см³.
При дальнейшем развитии метода получены результаты, которые позволяют определять при испытании прочность металла при ударном разрушении.
Данным методом можно определять ударную прочность при различной температуре и скоростях разрушениях 5-10 м/сек и более. Если определяется ударная прочность при скоростях 5-10 м/сек, то для этого можно использовать существующие маятниковые копры.
Для определения прочности металла при больших скоростях разрушения необходимо создание специальных пневматических или ствольных систем, что реально. Проект пневматической системы разработан в ОАО «РосНИТИ», а также разработана концепция ствольной системы.
Необходимо особо отметить, что при испытании по этой методике предусматривается разрушение сплошного цилиндрического образца.
То есть, формирование трещин в металле при осевом ударном разрушении происходит в образце на базе несовершенств кристаллической решетки, локальных микротрещин в структуре, мест скопления неметаллических включений и т.д., что приближает испытания металла к реальным условиям разрушения.
Прочность металла определяется по следующей схеме:
- фиксируется работа разрушения образца;
- определяется условная величина работа разрушения на единицу деформированного металла;
- определяется величина относительной деформации в зоне разрушения и далее определяется величина условной прочности металла при ударном разрушении.
Все просто, но необходимо определить линейную величину зоны разрушения, которая раньше не определялась – есть сложности. Сколько замеров – столько размеров.
Автором предложен вариант замера зоны разрушения, исключающих влияние на результаты замеров человеческого фактора.
В таблице № 1 а, б приведены результаты определения прочности и пластичности; ряда отечественных и зарубежных сталей класса прочности КП 555 ( К 65, Х 80) при разрушении со скоростью 5 м/сек и температуре 20 ⁰С.
Это специальная группа низкоуглеродистых, низколегированных и фрагментированных мелкозернистых сталей, рекомендуемых для производства трещиностойких труб для магистральных газопроводов.
Из анализа результатов испытаний следует:
- ударная прочность сталей существенно различается от 762 до 1060 Н/мм²;
- процент упрочнения (К_упр.) колеблется от 5 до 55 %;
- пластичность при ударном разрушении остается высокой и превышает исходную на 5-20 %.
Зная прочность металла при ударном (высокоскоростном) разрушении, можно оценить работу металлосистемы, работающей под высоким давлением. Например, определим работоспособность труб размером 1420х27,7 мм, газопровода с давлением 15 МПа, сделанных из металла таблицы № 1 а.
Для ответа на этот вопрос надо оценить величину максимального напряжения, возникающего в месте «отказа» газопровода. Максимальное напряжение, действующего в момент «отказа», это окружное, величина которого возрастает в момент отказа в разы. В работе [1,(3,2)] приведена формула оценки напряжения. Для выбранных параметров его величина равна 770 Н/мм².

В таблице № 1 а приведены величины коэффициентов трещиностойкости сталей К_тр, которые определяются отношением прочности металла при разрушении к величине разрушающего напряжения. Чем больше К_тр, тем больше вероятность не развития трещины после «отказа» и наоборот.
В таблице № 1 б расчет К_тр сделан для трубы 1420х23,0 при Р = 13 МПа, когда σ_раз = 800 Н/мм².

Из анализа приведенных материалов следует, что для повышения результативности отбора сталей для производства трещиностойких труб, необходимо определять прочностные свойства металла при ударном разрушении методом ОРУ до полигонных испытаний.

Результаты определения ударных характеристик низкоуглеродистых и низколегированных мелкозернистых сталей

Таблица № 1(а)

Таблица № 2 (б)

Литература

1. Ю.И. Блинов сборник статей «Стойкость металла к осевому разрушению ударом и трещиностойкость металла труб». Раздел 3, 3.2 сборника.

Published on  September 7th, 2015