Оценка свойств локально-деформированной зоны стали 10Г2С1 по максимальной ее твердости по характеристике бета пластичности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра "Сопротивления материалов"

Курсовая работа

по теме: "Оценка свойств локально-деформированной зоны стали 10Г2С1 по максимальной её твердости по характеристике бета пластичности"

Выполнила студентка: Группы 103814

Чеснокова С.Н.

Проверил: Хмелев А.А.

Минск - 2008 г.

Содержание

1. Сущность показателя пластичности в как критерия оценки состояния стали

2. Построение диаграммы хрупко-вязкого состояния по сертификатным данным стали 10Г2С1

3. Оценка локально-деформированной зоны

4. Построение диаграмм хрупко-вязкого состояния



Введение

Если какая-нибудь зона конструкции пластически повреждена, что присуще сварным конструкциям. И конструкциям при изготовлении которой принимают метод холодной плавки и гибки.

Для оценки состояния конструкции нужно выявить локально-деформированную зону с максимальной твердостью по Бринеллю.

Эту операцию можно осуществлять с помощью прототипных приборов для измерения твердости ТСП - 4, или другими приборами позволяющие изменить твердость по Бринеллю магнитным, ультразвуковым методами диагностики.

Перед тем как производить контроль состояния конструкции нужно по сертификатным данным стали построить диаграмму хрупко вязкого состояния. На диаграмме, на кривой АВ отмечаем точку максимальной твердости, что будет соответствовать исследуемой зоны при Т= +20.

Пусть изменятся твердость будет 1800 МПа. Тогда на кривой АВ твердость будет соответствовать точке, а при снижении температуры значение поглощенной энергии описывается кривой.

А диаграмма хрупко вязкого состояния для исследуемой зоны будет представлена в виде ее части.



1. Сущность показателя пластичности в как критерия оценки состояния стали

Анализ диаграмм хрупко-вязкого состояния приводит к выводу, что технологическими приемами обработки с применением пластического деформирования металла, таким как холодная гибка, правка, сварка, можно значительно снизить исходную пластичность металла и перевести его из вязкого состояния в хрупкое состояние, особенно при отрицательных температурах. Прежде всего, это касается локально-деформированных зон концентрации или зон концентрации деформаций и напряжений, которые с переходом в хрупкое состояние и становятся зонами будущего возникновения и развития трещин.

Определять положение таких зон и оценивать их состояние проще всего измерением твердости. Чтобы от измеренного значения твердости перейти к оценке состояния локально-деформированной зоны требуется знать взаимосвязь твердости и ударной вязкости контролируемого металла.

Нестандартный критерий оценки состояния, является оценка состояния стали по характеристике пластичности в.

Известно, что отношение ударной вязкости к твердости по Бринеллю, является характеристикой пластичности и записывается в виде:

,

где - ударная вязкость;

U - поглощенная энергия;

А - площадь сечения по надрезу;

Тогда показатель пластичности равен:

,

где U - поглощенная энергия разрушаемым ударным образцом, А - площадь сечения образца по надрезу, НВ - твердость по Бринеллю.

С другой стороны, значение в представляет собой отношение энергии (U) к силе (), а, в соответствии с теоремой Лагранжа, отношение энергии к силе является перемещением, и эта зависимость справедлива как для упругой, так и для пластической стадии деформирования вплоть до разрушения.

Таким образом, характеристика в может служить самостоятельным критерием оценки пластичности локально-деформированных зон конструкций по результатам измерения их максимальной твердости, что позволяет получать достаточно надежные для практики результаты.

Измеряясь в мм в характеризует величину прогиба ударного образца. Чем больше прогиб образца, тем больше у него поглощенная энергия. А также для двух сравниваемых сталей с одинаковой прочностью и прочностью и пластичностью более качественной является, та у которой значение в больше. сталь пластичность хрупкое вязкое

Изобразим эскиз.

Рассмотрим эскиз разрушенный ударный образец, состоит из двух половинок: L=20 мм. Половина длины расстояния между опорами копра. Обозначим отрезок у= АВ, который является прогибом образца.

Обозначим точку С на эскизе. Получаем, следующие выражения:

;

В свою очередь:

ВС= ;

Тогда получаем,

=;

У= 20;

;

,

Между у и в есть линейная зависимость, из которой следует следующие выражение:

.

По значению может определять у (прогиб образца), а по величине последнего можно оценивать состояние(хрупкое, квазихрупкое, вязкое).



При в мм - хрупкое состояние. Заштрихованная зона - это зона линейной механике разрушения. При значении в сталь переходит в хрупкое состояние. В зоне ниже min значение поглощенной энергии, значение в =(0,013-0,017), в заштрихованной зоне вмм. В этой зоне справедливы законы линейной механики разрушения, то есть трещиноспособность определяется по .

2. Построение диаграммы хрупко-вязкого состояния по сертификатным данным стали 10Г2С1

1. Строим диаграмму в координатных осях (U,НВ).

2. Определяем НВ стали в состоянии поставки Т = +20:

= = 1380;

Взята из зависимости и твердость по Бринеллю НВ; = (0,36ч0,365). НВ для малоуглеродистых и низколегированных сталей. Эта взаимосвязь стандартная.

3. Определяем максимальное значение НВ соответствующая состоянию разрушения стали.

мПА;

4. Производим градировку координатных осей. На оси ординат откладываем точку А для которой значение U дана задана 100 Дж.

На оси абсцисс откладываем точку В значение соответствует .

5. Определяем минимальное значение поглощенной энергии, как координату по оси U для точки В.

Н*мм.

6. Условно проводим кривую снижения U по мери увеличения НВ стали при Т=+20. Одновременно эта кривая характеризует снижение поглощенной энергии по мери увеличения уровня предварительной пластической деформации стали. Так как по мери деформации стали от состояния поставки вплоть до разрушения её твердость увеличивается, а значение поглощенной энергии ударный образец и относительное сужение Ш, уменьшается. При U уменьшатся до, а Ш снижается до нуля.

7. Определяем координаты промежуточных точек твердости НВ=1600 мПА и НВ= 1900мПА.

8. Записываем уравнение энергетического баланса при разрушении ударного образца.

;

;

;

мПа;

;

9. Определяем пластичность составляющие:

;

10. Определяем значение удельной работы пластическая деформации:

;

;

b =10 мм - ширина образца;

h=8мм - высота сечения надреза;

11. Определения удельную работу:

.

Значение , как удельная работа пластическая деформация является константой для каждой конкретный плавки стали U не зависит не от формы образца U не формы надрез U не от T испытания.

12. Определяем пластичность стали Ш для НВ =1600 мПа. Для чего определяем глубину отпечатка.

.

13. Определяем минимум глубину отпечатка НВ=2209мПа;

;

.

14. От полученного значение Ш для НВ =1600мПа переходил к значения для этой НВ испытанием линейная зависимость.

;

Тогда,

;

для НВ=1600 мПа, ;

;

.

15. Определяем координаты точки Д при НВ =1900 мПа;

.

=.

.

.

.

16. Определяем координаты Е,К из точки А проводим прямую, которая пересекает ось НВ соответствует значению на 20 % выше начальной твердости. 13801656.

17. Строим кривую снижение U при -20.Определяем НВ соответствует точке.

Е, НВ=1470мПа, Т =-20.

18. Определяем пластичности стали при температуре - 20.

.

.

19. Определяем U при НВ=1600мПа.

; =0,34.

U=.

.

20. Строим кривую по 3 - м точкам,

.

.

21. Вычисляем U для НВ=1700 мПа:

.

;

.

3. Оценка локально-деформированной зоны

Для каждой марки стали применяется в сварных конструкции существует допускаемое значения НВ по Бринеллю.

Пусть НВ =1600 мПа локальной деформированной зоны при U =51Дж.

КСИ =;

При Т=- 20, U=26Дж;

КСИ=;

.

КСИ= 7,5;

Проверяем

;

;

= мм;

=5,07мм;

=3,99мм;

=0,24мм;

;

Состояние близкое к образованию трещины.

4. Построение диаграмм хрупко-вязкого состояния

Известно, что при испытании стали на растяжение процесс упрочнения наблюдается не только до точки образования шейки на диаграмме растяжения, но и до момента разрушения, т.е. твердость стали повышается на всем участке диаграммы, соответствующему полному удлинению образца. Это свойство позволяет контролировать уровень пластического повреждения стали и ее состояние методом измерения твердости.

С целью проверки этого предположения строят диаграммы хрупко-вязкого состояния в координатных осях поглощенная энергия - твердость по Бринеллю. На рис. такая диаграмма построена для стали СтЗсп5 для образцов типа I (ГОСТ 9454-78). Построение проводится по вышеизложенной методике, с той лишь разницей, что образцы для испытаний вырезаются из заготовок предварительно деформированных растяжением при температуре +20 °С на 2,5; 5; 10; 15 и 20 % соответственно. Половину образцов для каждого уровня деформации подвергли деформационному старению. Испытания проводили в диапазоне температур от +20°С до - 60 °С. На всех образцах перед испытанием производили измерение твердости по Бринеллю во всем диапазоне температур испытания.

Из рис. 7.11 видно, что форма данной диаграммы идентична диаграмме хрупко вязкого состояния в координатных осях поглощенная энергия пластичность стали (см. pис. 7.10). По мере повышения твердости, т.е. уровня пластического повреждения стали, поглощенная энергия стандартного ударного образца падает.

Рис. 7.11. Диаграмма хрупковязкого состояния стали Ст 3_сп 5: 1-5 - температуры испытания +20, 0, -20, -40, -60 °С соответственно; ----- - деформация старением; 2,5; 5; 10;15;20 % -уровни предварительной пластической деформации

Минимальное значение поглощенной энергии примерно равное 2,5 Дж. Для детали в состоянии поставки этот уровень поглощенной энергии соответствует температуре испытания - 60 °С. По мере увеличения уровня предварительной пластической деформации, температура, соответствующая минимальному уровню поглощенной энергии, повышается, а при уровне предварительной деформации в 20 % со старением это состояние наступает при температуре 0°С. Таким образом, критическую температуру хрупкости нельзя определять по результатам ударных испытаний образцов, изготовленных из стали в состоянии поставки.

Из рисунка 7.12 наглядно видна последовательность снижения поглощенной энергии и повышения твердости по Бринеллю, образцами по мере увеличения их уровней предварительной пластической деформации, снижения температуры испытания и уменьшения остроты надреза. При этом форма диаграмм сохраняется, уменьшается только их площадь. При этом минимальное значение поглощенной энергии для трех сравниваемых вариантов остается одинаковым.

Рис 7.12. Диаграммы хрупковязкого состояния стали 20 для двух вариантов-надрезов образцов r = I мм (a), r=0,25 мм (б) и с усталостной трещиной (в) и обобщенный вариант этих диаграмм (г); 1-5 - температуры испытания: +20; 0; -20; -40; и соответственно 6-8 - уровни предварительной пластической деформации: 5; 10 % и до начала образования шейки соответственно; - снижение поглощенной энергии и повышение твердости стали в состоянии поставки от снижения температуры испытания

Практическое расчетное применение указанных диаграмм затруднительно из-за сложной взаимосвязи поглощенной энергии разрушения с остальными параметрами диаграммы. Для этой цели более приемлем вариант этих же диаграмм в виде зависимости поглощенной энергии от тангенса угла изгиба образца, измеряемого путем совмещения его половинок после разрушения (рис. 7.12, г). Указанный вариант диаграммы оказывается единым для трех типов сравниваемых диаграмм и позволяет получить расчетные взаимосвязи между поглощенной при разрушении образца энергии с другими механическими характеристиками материала.

Размещено на Allbest.ru