Способ термической обработки стальных конструкций с концентраторами напряжений

 

Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано в машиностроении при изготовлении конструкции судов, работающих при низких температурах. Цель изобретения - увеличение срока службы конструкций путем повышения хладостойкости стали и создания препятствий распространению трещин от концентраторов напряжений. Сущность изобретения заключается в том, что термическую обработку, включающую многократные нагревы выше AC<SB POS="POST">1</SB>, выдержки и охлаждения осуществлять в локальной зоне, начинающейся от концентратора напряжений и расположенной на пути распространения трещин. 1 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 D 1/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

- напряжений и ограничивающих их, при- С водит к созданию барьеров путем возникновения поля сжимающих напряжений.

Сжимаюцие напряжения препятствуют как развитию трещин вследствие резкого снижения уровня растягивающих напряжений и объемности напряженного сос- д тояния, так и возникновению трещин иэ концентраторов напряжений. Это приводит к повышению хладостойкости конструкций.

Иэ листа толциной 30 мм стали категории Е40 (марка 10ХСНД) вырезали

18 образцов 30х90х300 им. На образцах нанесли газом инициируюций надрез на

i/3 по ширине. Затем на образцах на расстоянии 40 мм от конца надреза на Ъ варили сварной шов шириной 10 мм на всю длину образца. Далее образцы делили на партии.

Первую партию образцов обработали по способу-прототипу с нагревом до

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4388428/23-02 (22) 04.01.88 (46) 30.01.90. Бюп. Р 4 (72) А.О.Соколов (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1188214, кл. С 21 D 9/08, 1987.

Заявка Японии Y 60-31888, кл. С 21 D 9/50, опублик. 1985. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С KOH!tEHTPAT0PAМИ.НАПРЯНЕНИЙ (57) Изобретение относится к термической обработке стали и может быть исИзобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано в машиностроении при изготовлении конструкций судов, работающих при низких температурах.

Цель изобретения — увеличение сро,ка службы конструкций путем повышения хладостойкости стали и создания препятствий распространению трецин от концентратора напряжений.

На чертеже даны схемы обработки по прототипу и по предложенному способу.

На чертеже обозначено: 1 — эона нагрева, ограничиваюцая концентратор напряжений (сварной шов), 2 — эона нагрева, начинающаяся от концентратора напряжений (надреза), 3 — зона нагрева, начинающаяся от концентратора напряжений и ограничивающая его, Осуществление местной термической обработки конструкций в локальных зонах, начинаюцихся от концентраторов

ÄÄSUÄÄ 1539219 A 1

2 пользовано в машиностроении при изготовлении конструкций судов, работающих при низких температурах. Цель изобретения — увеличение срока службы конструкций путем повышения хладостойкости стали и создания препятствий распространению трецин от концентраторов напряжений. Сущность изобрете ния заключается в том, что термическую обработку, включаюцую многократные нагревы вьппе Ас,, выдержки и охлаждения осуществляют в локальной зоне, начинаюцейся от концентратора напряжений и расположенной на пути распространения трецин. 1 ил., 3 табл.

1539219

220 С зоны 1 сварного шва шириной 10. 2 мм (см. чертеж). Вторую и третью партии подвергли термообработке по предложенному способу в зонах 1 и 2.

Остальные партии образцов обраб>атывали по предложенному способу в зоне

3 с изменением температуры нагрева, количества нагревов и времени выдержки. Затем все партии образцов испыты- 10 вали по схеме статического трехточечного изгиба с определением критической температуры хрупкости Т „

Результаты испытаний приведены в табл. 1-3. 15

Как видно из табл. 1, термообра, ботка по предложенному способу в ло кальной зоне 2, начинающейся от кон центратора напряжепий (надреза), но

;не ограничивающей его, а также в зо- 20 ,не 1, ограничивающей концентратор на,пряжений (сварной шов), но не юначинающейся от него и от другого концент ратора папря>хений (надреза), не приводит к повышению хладостойкости по 25 сравнению с прототипом. Обработка же в зоне 3., начинающейся от концентратора напряжений (надреза) и ограничивающей его, приводит к повышению хладостойкости по сравнению с прототипом. 30

Снижение хладостойкости обеспечивается тормо>кением или даже Heзарождением ее из концентратора напряжений путем создания области сжимающих напряжений перед предполагаемым фронтом 35 ее распространения. Обработка в зонах

1 и 2 не препятствует зарождению и развитию трещин из концентратора напряжений и не приводит к повышению хладостойкбсти. Точные размеры локаль-40 ной зоны 3 не могут быть ограпичепы заранее, поскольку зависят or температуры и количества нагревов, времени выдержки, предела текучести стали. Они могут бвиь подобраны в случае необхо- 45 димости опытным путем для каждой марки стали.

Как видно из табл. 2 и 3, нагрев выше температуры Лс, приводит к сннжению температуры Т«на 5-25ОС в зависимости от температуры и количества нагревов, времени выдержки. Наибольший положительный эффект достигается в диапазоне температур выше h на

30-50 С, однако нагрев выше этой области и ниже ее до температуры Лс,, также приводит к повышению хладостойкости по сравнению с прототипом.

Наиболее существенное повышение хладостойкости наблюдается при небольших выдержках в течение 1-3 мин, а также при 1-2 нагревах. Дальнейшее увеличение времени выдержки и количества нагревов не дает значительного повышения хладостойкости, в то же время повышая .трудоемкость обработки и тем самым удорожая ее и соответственно увеличивая стоимость конструкции, обработанной таким образом.

Таким образом, предложенный способ повышает хладостойкость стальных конструкций, что увеличивает надежность конструкций, работающих при низких температурах. формулаизобретения

Способ термической обработки стальных конструкций с концентраторами напряжений, преимущественно эксплуатируемых при низких температурах, включающий нагрев до заданной температуры, выдержку и охлаждение локальных зон, расположенных в эаданнои месте по отношению к концентратору напряжений, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы конструкций путем повышения хладостойкости стали и создания препятствий распространению трещин от концентратора напряжений, нагрев, выдержку и охлаждение осуществляют многократно, при этом нагрев проводят до температуры выше Ас, в зоне, начинающейся от концентратора напряжений и расположенной на пути распространения трещин.

1539219

5 6

Таблица 1

1 3

Влияние выбора зоны нагрева на хладостойкость

Э

Вид термообработки Зона тер- Марка мообработ- стали ки

Т„, С

По прототипу

По предложенному способу: нагрев до 760 С 2 раза

Выдержка 3 мин, охлаждение на воздухе

Таблица 2

Влияние на хладостойкость температуры и количества нагревов

Критическая температура хрупкости Тк, С, при количестве нагревов раз

Вид термообработки

Марка Темперастали тура .нае. грева, С

1 2 4 6

По прототипу

По предложенному способу (время выдержки 3 мин) Та бли ца 3

Влияние времени выдержки на хладостойкость

Т„,С, при времени выдержки, мин

Вид термообработки

Марка стали

) г

-40 -40 -40 -45 -45

-30 -30 -30 -30 -35

По предложен- 10ХСНД ному способу 15ГБ

П р и и е ч а н и е . Температура нагрева 760 и

770 С для стали марок 10ХСНД и 15ГБ соответственно, количество нагревов — 2.

10ХСНД +220

15ГБ

10ХСНД 720

740, 760

780

800

820

15ГБ 730

750

770

790

810

830

10ХСНД

15ГБ

10ХСНД

15ГБ

10ХСНД

15ГБ

10ХСНД

15ГБ

-25

-15

-30 -30

-35 -40

-35 -40

-30 -35

-30 -35

-25 -25

-20 -20

-25 -30

-25 -30

-25 -30

-20 -25

-15 -15

-25

-15

-25

-15

-25

-15

-40

-30

-30

-45

-45

-35

-35

-30

-20

-35

-35

-30

-25

-20

-30

-45

-45

-40

-40

-35

-25

-35

-35

-35

-30

-25

1539219

Составитель A.Êóëåìèí

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Коданиц Корректор С.Бекмар

Заказ 192 Тираж 507 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101