Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2476855

(19)

RU

(11)

2476855

(13)

C2

(51) МПК G01N3/32 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 18.02.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011115672/28, 20.04.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

20.04.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 20.04.2011

(43) Дата публикации заявки: 27.10.2012

(45) Опубликовано: 27.02.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2234692 C1, 20.08.2004. SU 1758491 A1, 30.08.1992. SU 1392441 A1, 30.04.1988. US 20100299085 A1, 25.11.2010.

Адрес для переписки:

305021, г.Курск, ул. К. Маркса, 70, Курская ГСХА

(72) Автор(ы):

Шаповалова Юлия Данииловна (RU),

Ефименко Любовь Айзиковна (RU),

Романова Татьяна Ивановна (RU),

Якиревич Даниил Исаакович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (RU)

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств металлов и может использоваться в различных областях промышленности. Сущность: определяют предел текучести и структурно-фазовый состав образца и рассчитывают предел выносливости по формуле. Технический результат: повышение достоверности определения предела выносливости низколегированных низкоуглеродистых сталей по механическим характеристикам. 3 табл., 2 ил.

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств металлов и может использоваться в различных областях промышленности.

Определение характеристик усталости является важной практической задачей, однако испытания на усталость длительны, трудоемки и дороги. Их не могут позволить себе даже крупные научные и производственные центры, кроме особо ответственных случаев (ядерная и авиационная промышленность). Поэтому часто вынуждены оценку предела выносливости R (R - коэффициент асимметрии цикла) делать по взаимосвязи R с другими характеристиками сталей, прежде всего пределами текучести 0,2 и прочности B . Известны соотношения, связывающие эти характеристики, например [1], для низкоуглеродистых сталей:

где и 10 - относительное сужение и удлинение испытуемого образца соответственно, -1 - предел выносливости при круговом изгибе (R=-1).

Многообразие соотношений свидетельствует о том, что нет надежно выявленной взаимосвязи между указанными характеристиками. Это связано, по нашему мнению, с тем, что не учитывается влияние структурно-фазового состава металла, который является одним из определяющих факторов, формирующих комплекс его механических свойств. Принимается, что этот фактор в одинаковой степени влияет на все прочностные характеристики сталей. Однако известно [2], что даже для одной стали в различных ее исходных структурных состояниях расхождение между расчетными и экспериментальными значениями R по соотношениям (1-3) достигает 30-35%. Влияние фазового состава сталей на взаимосвязь R и механических характеристик не может быть выявлена достаточно уверенно существующими методами усталостных испытаний.

Действительно, R определяется испытанием до разрушения одной группы образцов стали, а 0,2 , B , , 5 - на образцах другой группы той же стали. Однотипные образцы имеют естественную неоднородность структурно-фазового состава, различаются по объемной доле, характеру распределения, дисперсности фазовых составляющих структуры, так что скорее можно говорить о качественной, а не о количественной зависимости указанных характеристик.

Целью предлагаемого способа является повышение достоверности определения предела выносливости низколегированных низкоуглеродистых сталей по механическим характеристикам. Предлагается наряду с определением предела текучести образца определять его структурно-фазовый состав. Нами проведены масштабные исследования с низколегированными низкоуглеродистыми сталями 09Г2С, 10Х2ГНМ, 17ГС, 17Г1С по выявлению взаимосвязи -1 и 0,2 с учетом фазового состава сталей.

Образцы сталей подвергались предварительной термической обработке по режимам, приведенным в табл.1, что обеспечивало различный исходный структурно-фазовый состав. Механические свойства указанных сталей для различных вариантов термической обработки даны в таблице 2.

Образцы, изготовленные из этих групп металла, подвергались термическому циклу с нагреванием при Т max =1350°С и охлаждением с различной скоростью W 8-5 в интервале температур 800-500°С диффузионного превращения аустенита. В результате получен набор образцов с широкой гаммой содержания долей фаз в структуре металла.

Ускоренный неразрушающий метод [3] позволяет измерить предел выносливости -1 одного образца с высокой точностью (погрешность до 5%) и дальше определить предел текучести 0,2 и его структурно-фазовый состав на том же образце, что исключает влияние мешающих факторов. Результаты измерений -1 и 0,2 в зависимости от объемной доли фазовых составляющих в структуре приведены на рис.1 для двух сталей и двух исходных их структурных составов: а) исходная структура Б-М; исходная структура Ф-П з ; б) исходная структура Ф-Б; исходная структура Б-М.

Видно, что для стали 09Г2С в зависимости от объемной доли феррита в интервале 1,0-0,2 соотношение -1 / 0,2 не остается постоянным, тогда как для долей феррита Ф<0,2 это соотношение практически не изменяется, как и для стали 10Х2ГНМ в отсутствии ферритной фазы в структуре металла.

Полученные данные позволили предложить формулу, связывающую соотношение -1 / 0,2 с долей ферритной Ф фазы в структуре металла

где N Ф - доля ферритной фазы.

График этой зависимости представлен на рис.2. Тогда предел выносливости -1 можно рассчитать, если известны 0,2 и доля феррита Ф в структуре металла

Сравнительные расчетные по формулам (1-4) и экспериментальные результаты для сталей с различным исходным структурным составом приведены в таблице 3.

Как следует из приведенных данных, предложенная формула (4) дает наиболее сходимые результаты расчета -1 в сравнении с известными ранее формулами (1-3) для всех приведенных исходных структурно-фазовых составов сталей.

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПОСОБА

Для низкоуглеродистой низколегированной стали 17 ГС с долей ферритной фазы в структуре металла Ф=0,58 по графику (рис.2) находим -1 / 0,2 =0,62 (тот же результат получим расчетным путем по формуле (*)). На стандартном образце при статическом испытании на разрыв определено значение 0,2 =428 МПа. Тогда -1 =428·0,62=266 МПа. Стандартные испытания образцов той же группы стали по методу Локати на 5 образцах дали предел выносливости -1 =253±28 МПа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванова B.C. Природа усталости металлов [Текст] / B.C.Иванова, В.Ф.Терентьев - М.: Металлургия, 1975 - 456 с.

2. Шаповалова Ю.Д. Ускоренное определение усталостных свойств сталей вихретоковым методом [Текст] / Ю.Д.Шаповалова, С.Г.Емельянов, Д.И.Якиревич - Курск, Изд. КГТУ, 2009. - 134 с.

3. Терентьев В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов [Текст]: Интернет- Инжиниринг, 2002. - 228 с.

Таблица 2

Марка стали

Вариант термич. обработки

Механические свойства

В , МПа

Т , МПа

5 , %

, %

HV, МПа

09Г2С

1

1023

660

11,1

61,6

3100

2

611

435

24,0

65,2

1850

3

546

320

26,8

70,9

1650

4

486

239

29,5

71,6

1470

10Х2ГНМ

1

594

446

19,0

-

1800

2

858

644

18,0

-

2600

Формула изобретения

Способ определения предела выносливости низкоуглеродистых низколегированных сталей, включающий определение предела текучести образца, отличающийся тем, что дополнительно определяют его структурно-фазовый состав и рассчитывают предел выносливости по формуле

-1 = 0,2 [1+exp(-1/N Ф )],

где 0,2 - предел текучести образца;

N ф - доля ферритной фазы в структуре металла.

РИСУНКИ