Механические свойства металла при ударном разрушении

Прочностные свойства металла определяются испытаниями на растяжение и сжатие при скоростях движения инструмента 0,1 – 0,3 мм/с. Так определяются базовые параметры: предел текучести и предел прочности металла.
Во многих случаях, для оценки работоспособности металла, необходимо определять характеристики металла при ударном разрушении: величину прочности при ударе (σ_у), ударную вязкость (K_Vу), пластичность и характер разрушения.
Скорости «ударного» инструмента, как правило, 5 м/с – 9 м/с в зависимости от типа маятникового копра.
Испытание ударом для определения показателя ударной вязкости можно проводить осевым разрушением ударом (ОРУ), или изгибным разрушением ударом ИРУ (по Шарпи, Изоду). В том и другом случае на образцы наносят концентраторы.

Метод ИРУ

При изгибном разрушении ударом по Шарпи (ИРУ) возникают две зоны напряжения: растяжения и сжатия (рис. 1), а наличие зоны сжатия искажает значения ударной вязкости, определяемой этим методом.

Рисунок 1

Испытание металлов высокой прочности и пластичности во многих случаях при использовании изгибного разрушения ударом по Шарпи (ИРУ-1) не обеспечивает разрушение образца, что не дает возможности оценить прочность металла. В этом случае можно использовать образцы, предложенные ОАО «РосНИТИ», которые обеспечивают разрушение при испытании сталей любой прочности и пластичности.

Метод ОРУ

Метод испытания металла осевым растяжением ударом (ОРУ) наиболее объективно отражает свойства металла сопротивлению ударному разрушению металлоконструкций и, в частности, труб при движении лавинных трещин.
Осевое разрушение ударом – метод определения механических характеристик металла при скоростях движения, во много раз превышающих статические разрушения образцов на испытательных машинах.
Методом ОРУ в зависимости от вида образца определяются следующие характеристики металла:

при использовании образцов с концентратором: ударная вязкость;
при использовании образцов без концентратора: ударная объемная вязкость, прочность и пластичность металла.

Особый интерес представляет разрушение ударом образца металла без концентратора. Работа, которая будет определена при разрушении, характеризует как зону интенсивного пластического течения, так и зону локального разрушения. При полигонных испытаниях газопроводных труб на стойкость к лавинным разрушениям в области трещины видно как зону интенсивной пластической деформации, так и зону разрушения металла. Испытания ОРУ и получение величины затраченной работы, отнесённой на объем деформируемого металла – возможно, качественно новый показатель стойкости металла к лавинным разрушениям.
При рассмотрении вопроса динамики движения трещины при отказе газопровода эти параметры необходимо определять при скорости удара 200 – 400 м/с. В настоящее время нет таких испытательных систем, что и предопределяет необходимость их разработки. В ОАО «РосНИТИ» подготовлена заявка на устройство высокоскоростного испытания на осевое разрушение с использованием ствольных систем. Начаты работы по разработке конструкции установки.
Последнее время трубные заводы всё чаще сообщают о том, что новые высокопрочные и высокопластичные стали не могут быть разрушенными при испытании по Шарпи и ИПГ. Предлагаемый метод ОРУ позволяет разрушить любые стали. Кстати, на разрушенных образцах по ОРУ очень четко видны зоны хрупкого и пластичного разрушения, что облегчает оценку их пластичности.

Сравнение результатов определения ударной вязкости

Для сравнения результатов испытаний методом ИРУ (по Шарпи), ИРУ (по РосНИТИ), и ОРУ в испытательном центре ОАО «РосНИТИ» проведены испытания металла труб (Х80) ряда производителей: Ижорского трубного завода, Выксунского металлургического завода, Европайп, Сумимото и Волжского трубного завода.

Анализ результатов показал:
- по Шарпи – образцы не были разрушены;
- по ИРУ «РосНИТИ» и ОРУ разница в результатах лежит в пределах ± 5%.

Например, металл труб производителя № 1 по ОРУ – 332 Дж/см²,
по ИРУ «РосНИТИ» - 339 Дж/см².

Металл труб производителя № 4 по ОРУ – 318 Дж/см²,
по ИРУ «РосНИТИ» - 328 Дж/см².

Предложенный метод ОРУ и образец ИРУ «РосНИТИ» могут быть использованы как дополнительная информация к существующим решениям.
В дальнейшем, при получении достаточной доказательной базы, эти предложения могут быть введены в нормативные документы.

2012 г.

Published on October 6th, 2015