Способы отбора проб металла и получения информации о его свойствах

В металловедение информацию о механических свойствах, структуре и строении изломов получают, используя следующие способы отборв проб металла:

1 – вырезка массивной пробы;

2 – без вырезки металла;

3 – отбор малых проб;

Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки (табл. 11.2) [12]. Первый способ, предусматривающий вырезку проб в виде круга или квадрата определенного размера, дает наиболее представительную информацию, однако требует проведение восстановительных работ с применением сварки. Второй способ имеет принципиальный недостаток, связанный с проведением исследования в тонком поверхностном слое, часто отличающимся по структуре, химическому составу и свойствам от металла в объеме проката. Кроме того, в этом случае невозможно использование мето­дов фрактографии для оценки степени повреждаемости металла. Третий способ, разработанный в ЦНИИПСК им. Мельникова, в оп­ределенной степени сочетает достоинства первых двух.

Таблица 11.2

Способ отбора	Химический анализ	Определение механических свойств	Металлография	Фрактография
	Стандартные методы	Стандартные методы	Стандартные методы на шлифах	Стандартные методы
	Стилоскопирование	Измерение твердости переносными твердометрами. Предел текучести, временное соротивление – по ГОСТ 22762 и методами регрессивного анализа	Метод реплик или переносными микроскопами	Не проводится
	Стандартные методы или с помощью микроренгенноспектральных анализов	Измерение твердости стационарнымитвердомерами. Предел текучести, временное сопротивление, критическая температура хрупкости и трещиностойкость – по ГОСТ 22762 и методами регрессивного анализа	Стандартные методы на шлифах	Стандартные методы (излом получают разрушением пробы, охлажденной в жидком азоте)

 

Метод малых проб основан на корреляции механических свойств и химсоставом сталей и сплавов. Корреляция описывается регресси­онными зависимостями, полученными на основе обработки соответ­ствующих экспериментальных данных. Малая проба имеет размер (1,2...1,5) х (5...10) х (15...25) мм и отбирается обычно с внутренней стороны объекта механическим (скол, спил, срез), электроэрозион­ным или иным способом, обеспечивающим получение микропробы требуемых размеров без деформации металла. Места микропроб обычно подвергаются механической зачистке до устранения концен­траторов напряжений без проведения дополнительного восстанови­тельного ремонта.

Выбор способа отбора проб и общий объем исследований зави­сит от характера решаемой задачи и в каждом конкретном случае определяется организацией, проводящей техническое диагностиро­вание.

При отборе малых проб, используя методы регрессионного ана­лиза, в принципе возможно получение того же объема информации о металле, как и при вырезке массивной заготовки, а именно о проч­ностных характеристиках, о категории стали и степени ее повреж­даемости (охрупчивания) в процессе эксплуатации. Это позволяет оценить весь комплекс фактических свойств металла при проведе­нии технического диагностирования или паспортизации обору­дования. Основные методические трудности оценки механических свойств стали при использовании малых проб связаны с установле­нием регрессионных зависимостей, позволяющих оценивать свойст­ва стали по результатам исследования малых проб, а также с необхо­димостью принятия специальных мер, позволяющих исключить пла­стическую деформацию металла при отборе проб.

Методика оценки механических свойств с использованием микропроб вошла в ряд нормативных документов, в частности, в РД 03-380-00 «Инструкция по обследованию шаровых резервуа­ров и газгольдеров для хранения сжиженных газов под давлением», РД 03-410-01 «Инструкция по проведению комплексного техниче­ского освидетельствования изотермических резервуаров сжижен­ных газов».

Основные прочностные характеристики — предел текучести б_т и предел временного сопротивления б_в на микропробах определяют по результатам спектрального (химсостав), металлографического и дюрометрического (измерение твердости) анализов по следующим уравнениям регрессии:

 

где - напряжение трения решетки - железа, ; - напряжение – напряжение за счет упрочнения стали перлитом, П, МПа (здесь П – процент перелитной составляющей); - напряжение за счет упрочнения твердого раствора легирующими элементами в зависимости от их концентрации в процентах по массе, МПа:

- напряжение за счет упрочнения дислокациями, оценивается по плотности дислокаций , - напряжение за счет упрочнения стали дисперсными частицами:

где G – модуль сдвига (8,4·10⁴ МПа); b – вектор Бюргерса (5,5·10^-7 мм); - межчастичное расстояние, мм; D – размер (диаметр) дисперсных упрочняющих частиц, мм; K_y – коэффициент, K_y = 20 МПа·мм^1/2; d – средний (условный) эффективный размер зерна феррита, мм.

 

Степень охрупчивания металла в процессе эксплуатации при от­боре микропроб оценивается по результатам дюрометрических и электроннофрактографических анализов. Определение степени охрупчивания T_к в результате пластической деформации (наклепа) в зонах изменения формы элемента конструкции или выявленных зо­нах концентрации напряжений (например, с помощью ММП) осу­ществляется по соотношению

где К_и = 0,16 ⁰С/МПа; - твердость металла по шкале Виккерса после эксплуатации (на момент измерения твердости) и в исходном состоянии (до эксплуатации) соответственно.

При отсутствии сведений о твердости стали в исходном состоя­нии в качестве исходного принимают среднее значение трех измере­ний твердости вне зоны развития пластической деформации (кон­центрации напряжений) соответствующего элемента конструкции. В этом случае твердость как в исходном состоянии, так и после экс­плуатации измеряют с помощью переносных твердомеров.

Степень межзеренного охрупчивания металла, вызванную ослаб­лением границ зерен из-за наводороживания, сульфидного и хлоридного растрескивания и иных неблагоприятных процессов, опреде­ляют по величине межзеренного разрушения F_М в хрупком изломе по сравнению с хрупким изломом исходного состояния. Изломы для электрон но-фрактографического анализа получают при разрушении микропроб, предварительно охлажденных в жидком азоте для полу­чения хрупкого излома, обеспечивающего наличие на поверхности «хрупкого квадрата». Определение доли межзеренной составляющей F _м, указывающей на повреждение границ зерен, осуществляют в со­ответствии с методическими указаниями МР5-81 «Расчеты на проч­ность в машиностроении. Фрактографический метод определения критической температуры хрупкости металлических материалов» (М: ВНИИНМАШ, 1981).

Суммарную степень охрупчивания стали T_К, включающую внутризеренное охрупчивание, вызванное наклепом внутренних объ­емов зерен, и межзеренное, обусловленное ослаблением границ зе­рен, определяют по уравнению

 

где А=10 ⁰С для основного металла с ферритно – перлитной структурой и А=20 ⁰С для металла сварного шва и околошовной зоны со структурой мартенсита и бейнита; - приведенная доля межзеренной составляющей после эксплуатации (на момент проведения анализа) и в исходном состоянии (до эксплуатации), %.

 

 

⇐ Предыдущая31323334353637383940Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: