образец для испытания металла цилиндрических изделий на ударный изгиб

Формула изобретения

Образец для испытания металла цилиндрических изделий на ударный изгиб, вырезанный из изделия и выполненный с концентратором, отличающийся тем, что образец вырезан перпендикулярно к оси изделия и выполнен криволинейным с загнутыми концами, при этом участок образца на его рабочей длине соответствует кривизне изделия, а опорные участки на концах образца и точка, расположенная на оси симметрии образца и соответствующая половине его толщины, расположены в одной плоскости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области механических испытаний, а именно к испытанию стальных труб, баллонов, сосудов, резервуаров и других видов цилиндрических изделий на ударный изгиб, и может быть использовано для оценки ударной вязкости.

Известен образец для испытаний на ударный изгиб согласно ГОСТ 9454-78 "Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах", в соответствии с которым используют стандартный плоский образец с заданными размерами и концентратором. Образец изготавливают из изделия и предварительно подвергают статической правке. Однако при правке образца для исключения кривизны металл изделия наклепывается. В результате величина ударной вязкости металла изделия, как правило, снижается, и тем самым определяются свойства с заниженными показателями, т.е. не фактические свойства. Это особенно проявляется при изготовлении образцов из изделий, имеющих малый радиус кривизны.

Испытывать образцы из цилиндрических изделий без правки невозможно вследствие того, что образец, имеющий кривизну, при ударе разворачивается из-за эксцентриситета прикладываемой нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому образцу является образец, вырезанный вдоль оси цилиндрического изделия (ГОСТ 10705-80 "Трубы стальные электросварные", (п. 4.5)), принятый за прототип. Согласно ГОСТ 10705-80 испытание металла на ударный изгиб проводят на продольных образцах. В этом случае трещина в образце распространяется перпендикулярно оси изделия, т. е. в окружном направлении. Такая схема испытаний образца не соответствует реальным условиям разрушения изделий. В трубе трещина распространяется вдоль оси, т.е. в поле максимальных напряжений в стенке, т.к. окружные напряжения в трубе под внутренним давлением в два раза больше, чем в продольном направлении. Кроме того, при испытании продольных образцов на ударный изгиб заведомо завышаются результаты испытаний, т.к. не учитывается анизотропия структуры металла. Вдоль оси трубы расположены продольные волокна металла с наилучшими свойствами, а поперечные волокна расположены в окружном направлении. Поэтому трещину в образце необходимо направлять не перпендикулярно продольным волокнам металла, а вдоль волокна, т.е. вдоль оси трубы.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в получении достоверных результатов ударной вязкости изделий.

Поставленная задача решается за счет того, что образец для испытаний металла цилиндрических изделий на ударный изгиб, вырезанный из изделия и выполненный с концентратором, согласно изобретению вырезан перпендикулярно к оси изделия и выполнен криволинейным с загнутыми концами, при этом участок образца на его рабочей длине соответствует кривизне изделия, а опорные участки на концах образца и точка, расположенная на оси симметрии образца и соответствующая половине его толщины, расположены в одной плоскости.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан криволинейный образец с загнутыми концами, на фиг.2 показан вид образца сверху и на фиг.3 - графическая зависимость ударной вязкости от температуры испытаний.

Образец для испытания металла цилиндрических изделий на ударный изгиб (фиг. 1) выполнен криволинейным с загнутыми концами1 и 2 в сторону наружной поверхности изделия и участка 3 на рабочей длине l, не подвергавшейся предварительной правке, и соответствующим кривизне изделия (повторяет форму изделия). В средней части образца выполнен концентратор 4 заданной формы - перпендикулярно наружной поверхности изделия. Образец вырезан из изделия, например из трубы, перпендикулярно ее оси. Загиб концов 1 и 2 образца осуществлен в специальном устройстве, обеспечивающем исключение правки участка криволинейного образца на длине l, повторяющем форму изделия. Опорные участки на концах образца и точка 5, расположенная на оси симметрии образца и соответствующая половине его толщины, расположены в одной плоскости.

На фиг. 3 представлены графики зависимости ударной вязкости KCU и КСV, определенной на образцах с концентраторами вида U и V от температуры испытания (Т^oС).

Для экспериментальной проверки были изготовлены три типа образцов с концентраторами вида U и V. Образцы изготавливали из бесшовной трубы размером 133х5 мм из стали 09Г2С. Образцы с маркировкой "А" вырезали вдоль оси трубы, с маркировкой "Б" - перпендикулярно к оси трубы с последующим загибом концов в специальном устройстве ( в сторону наружной поверхности изделия) и с маркировкой "В" - перпендикулярно к оси трубы с предварительной правкой статической нагрузкой. Образцы испытывали на маятниковом копре МК-30А при температурах от 20^o до минус 60^oС и устанавливали на опорные поверхности копра 6 (фиг. 2). На каждую температуру испытывали по 3-5 образцов. На графиках представлены средние значения ударной вязкости от температуры испытания.

Установлено (фиг.3), что результаты испытаний продольных образцов и образцов, подвергнутых предварительной правке, имеют уровень значений ударной вязкости при всех температурах испытаний, отличный от ударной вязкости, полученной при испытании криволинейных образцов. Величина ударной вязкости KCU и KCV на продольных образцах "А" выше на 20-30%, а на образцах с предварительной правкой "В" - ниже на 10-15% по отношению к результатам на криволинейных образцах "Б". Следует отметить, что криволинейные образцы "Б" (более 20 штук) при испытании не переворачивались и разрушались аналогично плоским образцам.

Использование заявляемого изобретения позволяет получить фактические значения ударной вязкости, т.к. рабочая зона образца не подвергается предварительной правке. Кроме того, выполнение образца предлагаемой формы позволяет исключить разворот криволинейного образца при испытании на маятниковом копре вследствие того, что выполняется условие совпадения центра удара молота копра с центром массы образца.

Использование заявляемого изобретения позволит достоверно оценивать ударную вязкость металла цилиндрических изделий и устанавливать надежность и работоспособность конструкции при фактических свойствах материала.