Диссертация (Повышение эффективности модифицирования металла шва при сварке низколегированной стали под флюсом с металлохимической присадкой), страница 13

4.4):87- для статического растяжения - цилиндрические образцы типа II и плоскиеобразцы типа - ХII или ХIII;- для статического изгиба с поперечным швом изготавливали образцы типаХХVII или ХХVIII;- для испытания на ударный изгиб изготавливали образцы типа VI или VII поГОСТ 6996. Надрезы располагали по оси шва и по линии сплавления со стороныоблицовочного прохода в шве.Статические испытания производили на разрывной машине Армавирскогозавода УММ-5, испытания на ударный изгиб при температуре –40°С , –60°С – намаятниковом копре МК-30А [68, 69].» 4050» 802203002x3005029013254Vñâ1000Рис.

4.4. Схема вырезки образцов из стыкового соединения:1 – образцы на ударный изгиб; 2 - макрошлифы; 3 – цилиндрические образцы;4 - плоско-разрывные образцы; 5 –образцы для испытания на изгибДля оценки стабильности свойств сварных соединений применили критерийстабильности [92, 94, 95], определяемый как отношение разности максимальногои минимального значения свойств к их среднему значению:s- s MIN;Ks = MAXs СрK-40,-60KCU-40 , -60-40 , -60-40,-60-40,-60KCU MAX- KCU MIN- KCVMINKCVMAX- 40 , -60=; K KCV =-40,-60KCU СрKCVСр- 40, -60(4.2)88где s – предел прочности металла шва при растяжении, МПа; KCU-40,-60 иKCV-40,-60 – ударная вязкость металла шва при изгибе по оси шва при температуре– 40 °С, – 60 °С образцов Менаже и Шарпи соответственно, Дж/см2.Чем меньше разброс значений временного сопротивления при статическом-40 , -60разрыве и энергии разрушения при ударных испытаниях, тем меньше Ks и K KCU,и тем стабильнее механические свойства металла шва.4.3.

Результаты механических испытаний металла шва и их обсуждениеВ настоящее время согласно СТО-ГК «Трансстрой»-012-2007 [68] и СТОГК «Трансстрой 005-2007» [69] ударную вязкость в сварных соединениях встальных мостовых конструкциях определяют на образцах типа Менаже с U –образным надрезом. В связи с освоением северных территорий требования кхладостойкости сварных соединений ужесточаются, и намечается переход киспытанию на ударный изгиб на образцах типа Шарпи с V – образным назрезом.Этот переход требует специальных исследований, в том числе факторов,влияющих на величину и стабильность ударной вязкости различных зон сварногосоединения. В работе для получения сравнительной информации о значении истабильности ударной вязкости на образцах Менаже и Шарпи была проведенасерия опытов по изучению влияния концентратора образцов Менаже и Шарпи наточность и стабильность значений ударной вязкости основного металла стали10ХСНД.

При анализе разброса значений ударной вязкости основного металластали 10ХСНД (Таблица 13) установлено, что испытания с применением образцовМенаже стабильней в 2,5 раза при температуре испытаний -40°С, а при -60°С в 3раза по сравнению с результатами значений ударной вязкости образцов Шарпи.Очевидно, что на величину стабильности влияет отклонение остроты надреза отобразца к образцу, а также отклонение оси удара копра от оси надреза припроведении испытаний.89Таблица 13.Результаты испытаний образцов из основного металла сталь 10ХСНД на ударныйизгиб при температуре минус 40°С и минус 60°СИспытания на ударный изгиб при температуре -40°С и -60°СОбразцыМенажеОбразцыШарпиKCU-40, Дж/см2258;227;253;244;241254,6-60KCU , Дж/см2219;207;222;202;210219,8-40K KCU0,122-60K KCU0,091KCV-40, Дж/см2171;136;179;190;191173,4-60KCV , Дж/см2149;132;111;144;146136,4-40K KCV0,317-60K KCV0,279В связи с большим разбросом и отсутствием нормативных требований вмостостроении для испытаний на ударный изгиб на образцах Шарпи в работеприменяли образцы Менаже.Результаты испытаний металла шва на статическое растяжение круглыхобразцов (типа II) для сварных стыковых контрольных соединений приведены наРис.

4.5 – 4.7 и в Таблице П.30 (в приложении П.4). Результаты определениятвердости в образцах сварных контрольных соединений №1¸9 приведены вТаблице П.31 (в приложении П.5). Результаты испытаний образцов из сварныхстыковых технологических проб на ударный изгиб на круглом надрезе (KCU –образцы Менаже) при температурах испытания минус 40°С и минус 60°Сприведены на Рис.

4.8 и в Таблице П.32 (в приложении П.6).Анализ влияния технологий получения МХП (в низкоэнергетическомсмесителе и в планетарной мельнице) на механические свойства показал, чтовеличина значений предела прочности и предела текучести металла сварного шване претерпевает значительных изменений, но стабильность значений пределапрочности и текучести для новой технологии в планетарной мельнице выше, так,для предела прочности при вводимой концентрации TiO2 = 0,3% в 18,5 раз, приTiO2 = 1% в 2 раза, при TiO2 = 3% в 3,12 раза, при TiO2 = 6% в 4,9 раз, а дляпредела текучести при вводимой концентрации TiO2 = 0,3% в 1,9 раз, при TiO2 =1% в 5,5 раз, при TiO2 = 6% в 1,8 раз.90Рис. 4.5.

Изменение предела прочности (а) и относительного разброса егозначений (б) в зависимости от количества вводимой модифицирующей добавкиTiO2 в состав МХП и технологии её производстваРис. 4.6. Изменение предела текучести (а) и относительного разброса егозначений (б) в зависимости от количества вводимой модифицирующей добавкиTiO2 в состав МХП и технологии её производства91Рис. 4.7. Изменение относительного удлинения (а) и относительногоразброса его значений (б) в зависимости от количества вводимоймодифицирующей добавки TiO2 в состав МХП и технологии её производстваАнализ влияния технологий получения МХП (в низкоэнергетическомсмесителе и в планетарной мельнице) на величину ударной вязкости прииспытаниях на ударный изгиб при температуре –40°С (Рис. 4.8) показал [86, 89,92, 102], что величина значений ударной вязкости повышается при использованииМХП, произведенной по новой технологии в планетарной мельнице на 20 – 25 %по сравнению с МХП, полученной в низкоэнергетическом смесителе, а такжеповышается стабильность значений ударной вязкости: при вводимой в МХПконцентрации TiO2 = 0,3% – в 1,8 раз, при TiO2 = 1% – в 2,36 раза, при TiO2 = 3%в 1,6 раза, а при TiO2 = 6% в 1,1 раз.92Рис.

4.8. Изменение ударной вязкости (а) и относительного разброса еёзначений (б) в зависимости от количества вводимой модифицирующей добавкиTiO2 в состав МХП и технологии её производства при испытании на ударныйизгиб по оси шва с U-образным надрезом при T= -40°ССледует отметить, что вводимая концентрация отличается от фактическойконцентрации TiO2 в составе МХП. Вводимая концентрация TiO2 это то, чтовводится в состав МХП перед смешиванием компонентов, а фактическаяконцентрация TiO2 определяется после смешивания и операции удаленияслабозакрепившихся частиц (операции встряхивания).

На величину фактическойконцентрации оказывают влияние различные факторы: тип и форма смесителя;параметры смешивания и операции встряхивания (Рис. 3.5). В работе учитывали93фактическую концентрацию TiO2 при поиске оптимальных режимов технологиипроизводства МХП и для получения наилучших показателей механическихсвойств сварных соединений.Наилучшие показатели стабильности механических свойств металла шваполучены при следующих (вводимых/фактических) концентрациях TiO2 в МХП:для стандартного смесителя – 0,3/0,168 %, для планетарной мельницы –0,3/0,0375 %, а максимальные значения ударной вязкости достигнуты при(вводимых/фактических) концентрациях TiO2: для стандартного смесителя –1,0/0,427 % и 1,0/0,458 % для планетарной мельницы (Таблица 14, Рис. 4.9) [92,95].Таблица 14.Влияние технологии изготовления МХП на коэффициент стабильностимеханических свойств металла шваВариантыизготовленияМХПГранулят безTiO2СтандартныйсмесительПланетарнаямельницаСтандартныйсмесительПланетарнаямельницаВводимаяконцентрацияTiO2 всоставеМХП, %ФактическаяконцентрацияTiO2 всоставеМХП, %Испытания на статический разрывsв,МПаKs Bd, %KdИспытания наударный изгибKCU-40,Дж/см2-40K KCU625 – 54626 – 1686 – 560,1340,510,411590,2207320 – 1887 – 69643 – 6230,0320,1050,2300,30,168630,6197824 – 22112 – 98602 – 6010,0020,0870,1320,30,0375601,323106,227 – 2392 – 72610 – 5720,0640,160,2391,00,427590,22584,929 – 26592 – 568115 – 1040,0420,1100,0981,00,458112,557827,3В числителе даны максимальные и минимальные значения прочностных свойств, а взнаменателе – среднее значение.

Для статических испытаний было подготовлено 36гагаринских образцов, а для ударных испытаний 144 образца Менаже.00Изготовление МХП в высокоэнергетической планетарной мельнице, впроцессе которого образуются прочные связи между частицами TiO2 иповерхностью гранулята, обеспечивает получение более высоких значенийударной вязкости металла шва и её стабильности по длине шва. С повышением94концентрации TiO2 в МХП значения ударной вязкости растёт, достигаетмаксимума (при TiO2 = 0,45 %), а затем снижается (Рис.

4.9).Рис. 4.9. Зависимость KCU-40 от способов приготовления МХП и фактическойконцентрации TiO2 в ней4.4. Фрактографический анализ изломов образцов после испытаний наударный изгибДля изучения характера разрушения образцов Менаже при ударном изгибеприменили метод Ньюхауза [103]. Согласно этому методу поперечное сечениеобразцов на ударный изгиб после испытаний разделяется на зоны хрупкого (зона3) и вязкого разрушения (зона 1а, 1б, 2, 4) (Рис.