Особенности низкотемпературных циклических испытаний металла и элементов конструкций

Сходная методика (испытания по Ван дер Вину) применяется и при оценке хладноломкости относительно тонких сечений (рис.3.). Однако в результате этих испытаний в климатическом диапазоне температур обычно не достигаются условия хрупкого разрушения σ _н < σ _т, что свидетельствует о (высокой хладостойкости относительно тонких сечений).

 

 

 

 

Таб. 1. Сопротивление сварных соединений хрупкому разрушению по результатам  испытаний образцов Кинцеля _. 

Сталь	Состояние*) поставки	σ т, МПА	Критические температуры, °С
			Tψ=1%	t1		t2
С 255	ГК	260	-20	+20	-40
С354	ГК	356	-30	0	-60
С390Т	У	428	-40	-20	-80
С390	Н	420	-40	-20	-100
С390	У	500	-60	-40	-120
С590	У	710	-60	-50	-120

 

*) гк - горячекатаный прокат, У - прокат поставлен после термической обработки типа улучшения, П - термическая обработка типа нормализации, толщина проката 20 мм.

Существенное  влияние остаточных напряжений на хрупкую прочность можно выявить при испытаниях больших образцов типа широких пластин (1000x1000 мм) (рис. 3.в). При температурах выше t_нп прочность пластин независимо от наличия остаточных напряжений превышает предел текучести основного материала. При температурах напряжениями может резко снизиться.

 

 

4. Испытание падающим грузом.

Работоспособность материала листовых конструкций  с большим запасом упругой  энергии, а также подверженных ударным  и переменным нагрузкам, хорошо оценивается испытаниями на трехточечный ударный изгиб больших образцов падающим грузом (рис. 4). Толщина испытываемых образцов в данном случае соответствует толщине.

 

Рис.4. Схема погружения и образец при испытаниях падающим грузом (ИПГ).

 

 

Толщина образца равна  толщине проката листов. Надрез наносится путем вдавливания острого долота с радиусом до 0,025 мм на глубину 5 мм. Малый радиус в сочетании с наклепом дна надреза (а также с ударной нагрузкой, отрицательной температурой и большой толщиной) гарантирует снятие энергетического барьера и возникновение хрупкой трещины. Но результатам испытаний оценивают долю волокнистой составляющей в изломе или, реже, работу разрушения. Такие испытания фактически оценивают критическую температуру t₁ и очень важны при оценках работоспособности магистральных газопроводов и других цилиндрических сосудов, работающих под давлением. У термически улучшенных сталей с σ_т = 700 МНа определяемая таким образом t₁ на 100°С ниже, чем у горячекатаных с σ_т = 360 МНа (минус 70 и плюс 30°С соответственно).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Испытания на остановку трещины

При выборе материала для ответственных конструкций необходимо иметь информацию о температуре и напряжениях, при которых материал способен остановить движущуюся хрупкую трещину.

Сущность метода заключается в следующем

Крупная пластина помещается в градиентное температурное  поле следующим образом: вспомогательный  сварной шов охлаждается жидким азотом, а противоположный торец  пластины нагревается до +40°С. Затем пластина нагружается растяжением до определенного заранее заданного уровня номинальных напряжений (σ_н < σ_т). Далее со стороны торца пластины, охлаждаемой азотом, инициируется хрупкая трещина. Трещина может быть инициирована статической P_ст, или ударной нагрузками(рис а) . Возникшая трещина останавливается при определенной температуре t_ост, которая и является наиболее строго оцененной температурой t₁. Испытывается серия образцов при различном уровне σ_н. В результате испытаний получают зависимость температуры остановки трещины t_ост. от величины σ_н (рис 6.), а также область напряжений и температур, при которых возникшая трещина не будет распространяться в прокате данной толщины (область правее и ниже полученных кривых). Результаты испытаний мало зависят от характера нагрузки, инициировавшей трещину.

Способность материала  к остановке трещины тем выше, чем ниже скорость движения трещины. Поэтому t_ост при испытаниях по Робертсону, характеризующая остановку длинной «быстрой» трещины, выше, чем t₁, определяемая при испытаниях на ударный изгиб падающим грузом (ИНТ) и характеризующая способность материала останавливать «короткие», относительно медленные трещины.

Испытания по Робертсону более  представительны, поэтому они полезны  и для оценки работоспособности наиболее ответственных конструкции с большим запасом упругой энергии типа магистральных трубопроводов. Испытания падающим грузом более просты, экспрессны, их применяют как приемосдаточные.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Список используемой литературы

1. Металлические конструкции в 3т. ТЗ Стальные сооружения, конструкции из алюминиевых сплавов. Реконструкция, обследование, усиление и испытание конструкций зданий и сооружения. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИ проектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) – М.; изд-во ФСИ, 1999 г.
2. Обследование и испытание зданий и сооружений / В.Г. Казачек, Н.В. Нечаев, С.Н. Нотенко/ Под.ред. В.И. Римшина
3. Обследование и испытание зданий и сооружений/ А.А. Землянский/ Москва, изд-во ФСИ, 2001 г.