Delist.ru

Комплексные методы и средства контроля и диагностики металлических конструкций (25.08.2007)

Автор: Гордиенко Валерий Евгеньевич

Для проведения экспериментальных исследований использовались плоские образцы толщиной 2, 4, 8 мм и круглые диаметром 5 мм, изготовленные по ГОСТ 1497–84 из малоуглеродистых 08пс, Ст3 и низколегированных 09Г2С и 10ХСНД сталей. При исследовании сварных соединений использовались сварные образцы без снятия и со снятым усилением сварного шва, изготовленные по ГОСТ 6996–66.

при упругом деформировании намагниченных образцов из стали 10ХСНД (а) и локально упрочненных образцов из стали 08пс (б)

Выбор материала исследования обусловлен тем, что:

стали нашли широкое применение в машиностроении и других отраслях промышленности;

стали относятся к разным категориям прочности, имеют разную склонность к циклическому упрочнению и разупрочнению, что имеет существенное значение при интерпретации результатов со сталями подобного класса;

стали имеют обычные и повышенные антикоррозионные свойства;

данный выбор сталей позволяет распространить полученные закономерности и дать обоснованные рекомендации на все материалы, близкие к ним по составу и свойствам;

вследствие низкого содержания углерода стали могут быть хорошим материалом для изучения физики магнитоупругих явлений.

В реальных МК, в зависимости от поставленного проката, структурной неоднородности сварных соединений, старения металла в процессе эксплуатации, микроструктура в элементах конструкций может значительно отличаться, что определяет в них различные механические свойства. Учитывая этот факт, научно-обоснованная методика предусматривала проведение экспериментальных исследований на образцах с различной исходной микроструктурой:

в состоянии поставки;

с крупнозернистой структурой после отжига при 900 и 1050 оС;

с мелкозернистой структурой;

=50 %).

Для получения мелкозернистой структуры с заданной степенью дисперсности разработаны способы, включающие в себя:

термоциклическую обработку (ТЦО) с 5-кратным нагревом сталей до температуры 770 оС, последующим охлаждением в печи до 690 оС, и в конце 5-го цикла с 690 оС – на воздухе;

=50 %) в интервале температур 20...800 оС.

Термическая обработка образцов проводилась в программируемых муфельных печах СНОЛ 8.2/1100 с микропроцессорным управлением, при этом температура нагрева контролировалась с точностью ± 1 оС, точность выхода на режим составляла ± 1 сек.

Для проведения микроструктурного анализа применялся комплекс приборов, включающий в себя инвертированный металлографический микроскоп МЕТАМ РВ-22 и высокоразрешающую цифровую фотоаппаратуру с персональным компьютером. Данные металлографических исследований обрабатывались математически.

при сохранении постоянного контакта феррозондового преобразователя с поверхностью контролируемой зоны концентрации напряжений.

В качестве модельных объектов исследования были выбраны крупномасштабная сварная ферма, сварная стойка и двутавровая балка, которые отражают различные конструктивные решения и позволяют реализовать основные схемы нагружения, присущие реальным металлическим конструкциям (рис. 2).

Рис. 2. Схемы крупногабаритных моделей и испытательных стендов: сварной фермы (а), сварной стойки для внецентренного сжатия (б) и двутавровой балки № 18 (в) (1, 2, 3, 4, А, В – зоны контроля)

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований сталей с различным химическим составом с целью получения исходных микроструктур с заданной степенью дисперсности, характерных для металлических конструкций и сварных соединений, обладающих структурной неоднородностью.

Рассмотрены особенности формирования структуры в малоуглеродистых и низколегированных сталях при холодной пластической деформации, рекристаллизационном отжиге и термоциклической обработке и их влияние на изменение напряженности магнитного поля рассеяния.

уменьшаются (рис. 3, а). Результаты металлографического анализа хорошо согласуются с данными магнитного контроля.

Разработаны способы получения структуры с заданной степенью дисперсности в сталях за счет предварительной холодной пластической деформации и последующего рекристаллизационного отжига.

для сталей 08пс, 09Г2С и 10ХСНД от степени деформации ? (а) и температуры рекристаллизационного отжига (б)

Выявлены особенности формирования структуры в малоуглеродистых и низколегированных сталях при первичной рекристаллизации. Показано, что во всех исследуемых сталях по окончании первичной рекристаллизации формируется мелкозернистая структура. Дальнейшее повышение температуры нагрева приводит к укрупнению структуры и повышению разнозернистости, при этом конечный размер зерен может быть больше исходных (рис. 4).

(рис. 3, б).

=50 % и отжига при 600, 700, 800 и 900 оС (в–е)

Выявлены особенности формирования структуры в сталях с различным химическим составом и исходной микроструктурой (состояние поставки, после термической и деформационной обработок) при термоциклической обработке. Установлено, что степень дисперсности формирующейся структуры зависит от химического состава стали, ее исходного состояния и числа циклов. Повышение количества легирующих элементов способствует получению более мелкозернистой структуры. С уменьшением исходного размера зерен при термоциклической обработке формируется структура с более высокой степенью дисперсности. Проведение холодной пластической деформации перед ТЦО позволяет сформировать самую мелкозернистую структуру во всех исследованных сталях. Более интенсивное измельчение исходной структуры наблюдается в процессе первых трех циклов, дальнейшее увеличение числа циклов (до пяти и более) незначительно уменьшает размер зерен, однако снижает их разнозернистость (рис. 5).

наблюдается в процессе первых циклов нагрев–охлаждение. При последующих циклах магнитная амплитуда уменьшается, что связано с менее значительным измельчением структуры (рис. 6) и подтверждается данными металлографических исследований (рис. 5).

Рис. 5. Изменение структуры стали 08пс при ТЦО, х900: а – состояние поставки, б–е – после 1–5 цикла соответственно

Высокая структурная чувствительность магнитного метода позволяет рекомендовать его для контроля формирования структуры в процессе ТЦО в промышленных условиях как более производительный метод по сравнению с методом металлографического анализа.

Разработаны способы получения микроструктуры с заданной степенью дисперсности при ТЦО сталей с различным химическим составом и исходным структурным состоянием.

Таким образом, фиксируя различные стадии прохождения рекристаллизационного отжига и ТЦО, удается получить структуру с различной степенью дисперсности, однако при ТЦО открываются более широкие возможности получения структуры как с точки зрения ее однородности, так и конечного размера зерен.

Рис. 6. Зависимость напряженности магнитного поля рассеяния Нр от числа циклов при термоциклировании сталей 08пс, 09Г2С и 10ХСНД в состоянии поставки (а), после предварительного отжига при 900 оС и после холодной пластической деформации на ?=50 %

при малоцикловом упругом деформировании, с учетом схемы нагружения, исходной микроструктуры и химического состава исследуемых сталей.

уменьшаются.

становится незначительным. Это явление характерно для разных схем нагружения (рис. 7).

. При неизвестной предыстории металла это имеет положительное значение, так как способствует значительному повышению точности и надежности последующих измерений.

загрузка...