CC BY
9
УДК 620.178.15
ВИЗНАЧЕННЯ К1НЕТИЧН01 ТВЕРДОСТ1 ЗВАРНОГО З'еДНАННЯ
БУД1ВЕЛБН01 СТАЛ1
Л.Л. Кост1на, доц., к.т.н., Харк1вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотац1я. Проведенi вим1рювання meepdocmi зеарного шва буЫвелъно! cmani на zinepmeepdo-Mipi конструкцп ХНАДУ. HnepmeepdoMip власног конструкцп дозеоляе еизначати meepdicmb будъ-яких Mamepianie безпосереднъо в процеа наеантаження в pi3HUX системах координат i еияеляе особливост1 деформацп.
Ключов1 слова: meepdicmb, крива наеантаження, характер деформацп.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКОЙ ТВЕРДОСТИ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ
СТРОИТЕЛЬНОЙ СТАЛИ
Л.Л. Костина, доц., к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Проведены измерения твердости сварного шва строительной стали на гипертвердомере конструкции ХНАДУ. Гипертвердомер собственной конструкции позволяет определять твёрдость любых материалов непосредственно в процессе нагружения в различных системах координат и выявляет особенности деформации.
Ключевые слова: твёрдость, кривая нагружения, характер деформации.
MEASUREMENT OF KINETIC HARDNESS OF CONSTRUCTION STEEL WELDED JOINT
L. Kostina, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. Measurements of hardness of the steel construction welded joint, using a hardness tester made at KhNAHU are conducted. The hardness tester in question allows determining the hardness of any material directly in the process of loading in different coordinate systems and identifying the characteristics properties of strain.
Key words: hardness, loading curve, deformation.
Вступ
Розвиток технологш дослщження матер1ал1в дозволяе бшьш досконало роз1братися в фь зичних процесах, що вщбуваються в стал1 у випадках навантаження i деформування. Особливо важливо це для простих за складом вуглецевих буд1вельних сталей, таких як сталь Ст3, теля зварювання, бо бшьшють конструкцш отримують методами деформацп та зварювання. Останшм часом поширю-ються методи дослщження властивостей ма-
TepianiB не теля, а безпосереднъо тд час навантаження. Це дозволяе бшьш досконало дослщити мехашзм та особливосп деформування матер1ал1в. До таких метод1в належать методи вим1рювання кшетично! тверд ocTi.
Анал1з публжацш
Поставлене завдання е дуже актуальним, оскшьки властивосп залежать i вщ мехашз-му деформацп сплаву, що е р1зним у неодна-кових умовах. Буд1вельт стал1 використову-
ють для арматури та елеменпв бущвельних 1 мостових конструкцш, визначення властиво-стей яких теля певного строку роботи мае деяю труднощг Тому методи визначення твердост1 та зв'язку м1ж твердютю та особ-ливостями деформацшних процес1в у метал1 е важливими [3-5].
Кшетичш методи дослщження твердост1 по-лягають у вим1рюванш реакцп матер1алу на навантаження безпосередньо в процес1 прик-ладення навантаження, на вщмшу вщ стати-чних метод1в, що полягають у вим1рюванш вщбитку шдентора теля зняття навантаження. Характер криво! шдентування дае уяву про особливосп деформацп матер1алу.
У процес1 зварювання для будь-якого звар-ного шва розр1зняють зону металу шва (зону шва), зону основного металу та зону терм1ч-ного впливу (ЗТВ). Метал шва звичайно мае бшьшу та неоднорщну твердють. Основний метал пщ час зварювання не нагр1ваеться до значних температур, тому його твердють не змшюеться. У зош терм1чного впливу температура у процес1 зварювання змшюеться вщ температури рщкого металу (2000-3000 °С) до температури навколишнього середовища (основного металу). Тому в нш вщбуваеться велика кшьюсть дифузшних процес1в та фа-зових змш, що призводить до значно! неод-норщносп металу 1 його властивостей. Ця зона е найбшьш небезпечною для руйнуван-ня. Пщ час дослщження 1 характеристики зварних з'еднань звичайно описують ус1 три зони, тому було доцшьно дослщити процеси деформування у вс1х трьох.
Мата 1 постановка завдання
Метою роботи було пор1вняти крив1 шдентування фрагмента зварно! конструкцп ¿з стал1 Ст3 1 визначити р1зницю в характер! деформування основного металу, металу шва та зони терм1чного впливу.
Результаты дослщжень та Тх обговорення
Основною бущвельною сталлю е сталь Ст3. Конструкцшну вуглецеву сталь звичайно! якосп Ст3 застосовують для виготовлення елеменпв конструкцш а також ряду деталей. [1, 2]. Сталь Ст3 мютить: вуглецю - 0,140,22 %, кремшю - 0,05-0,17 %, марганцю -0,4-0,65 %, шкелю, мщ1, хрому - до 0,3 %, миш'яку до 0,08 %, с1рки 1 фосфору - до 0,05
1 0,04 % вщповщно. Ця сталь зварюеться без обмежень. Способи зварювання: ручне дуго-ве, автоматичне дугове шд флюсом 1 газовим захистом, електрошлакове, контактно-точкове. Для товщини бшьшо! шж 36 мм ре-комендуеться пщ1гр1в 1 подальше термообро-блення. У процес1 зварювання низьковугле-цево! стал1 Ст3 застосовують др1т Св-08ГС. Сталь Ст3 не схильна до вщпускно! крихкос-т1, нефлокеночутлива. Основою структури стал1 е ферит.
Останшм часом поширюються методи досль дження властивостей матер1ал1в не теля, а безпосередньо шд час навантаження [8, 10]. Для дослщження процес1в деформування стал1 Ст3 був обраний оригшальний прилад, який дозволяе фшсувати одночасно навантаження I деформащю зразка, а також прово-дити за один раз два види деформування -гшертвердом1р [4] (рис. 1). Деформування проводили звичайним шдентором кульково! форми д1аметром 1,588 мм.
Прилад мае додаткове комп'ютерне оснащения з вщповщним програмним забезпе-ченням, що дозволяе отримувати крив1 навантаження в потр1бних координатах (кН - мм, кН - с, МПа - мм).
Рис. 1. Загальний вигляд гшертвердом1ра: 1 -верхня траверса; 2 - верхнш захват для зразюв; 3 - стшки; 4 - нижнш захват для зразюв; 5 - нижня траверса; 6 - комп'ю-тер; 7 - державка з шдентором; 8 - кнопки управлшня; 9 - зразок, що шденту-ють; 10 - стшець
Максимальне навантаження було обмежено 30-35 кН, швидюсть навантаження станови-ла 0,5 мм/хв. Було проведено експеримен-
тальну перев1рку за умови навантажень до 50-55 кН, та вона не показала помптсо! змши характеру кривих.
Для дослщжень був обраний фрагмент будь вельно! зварно! конструкци ¿з стал! Ст3, що мютив основний метал, метал шва та зону терм1чного впливу (рис. 2). Вир1б отримува-ли електродуговим зварюванням. Для вимь рювання твердосп потр1бна р1вна поверхня, тому треба було зачистити дшянки зварного шва на наждачному колг Вим1рювання проводили по декшькох точках основного мета-лу, зварного шва та зони терм1чного впливу зразка.
Рис 2. Вид вщбитка шдентора на метал!
Крив!, отримаш внаслщок експерименту, наведен! на рис. 3-5.
Характер отриманих кривих змшюеться про-тягом збшьшення навантаження за такими схемами.
Рис. 3. Крива шдентування основного металу
За умови шдентування основного металу крива спочатку (до точки, вщповщно! деформацп 0,139 мм 1 навантаження 6,82 кН) мае вигляд параболи
В = 10"64,32х2-10"47,45 9х+10"28,73. (1)
У зазначенш точщ характер криво! змшю-еться та вщповщае р1внянню
В = 1,31х12 (2)
Деформування проходить плавно 1 досить повшьно; сумарний час навантаження до максимально! його величини становить 224 с за умови максимально! деформацп 0,420 мм.
Рис. 4. Крива змши навантаження в зон! тер-м!чного впливу
У зон! терм!чного впливу крива деформац!! мае вигляд параболи типу
В = 10"65,38х2-10"31,21х+10"24,52. (3)
Зм!ни характеру криво! шд час навантаження немае; навантаження теж в!дбуваеться дос! пов!льно, але сумарний час досягнення його максимально! величини становить 170 с за умови максимально! деформацп 0,300 мм.
Рис. 5. Крива змши навантаження металу шва
У процес! деформування основного металу до точки 0,097 мм, 2,25 кН залежнють мае характер прямо!
В = 0,125х. (4)
Пюля першо! точки перегину до точки 0,190 мм, 23,1 кН залежнють теж пряма,
В = х, (5)
а пот!м трохи повертае на параболу.
Можна також описати !! складною полшомь альною залежн!стю.
Досягнення максимально! величини наван-таження в!дбуваеться досить швидко - за 131 с за умови максимально! величини де-формац!! 0,244 мм.
Висновки
У ироцес! !ндентування основного металу найб!льший час до досягнення максимального навантаження ! найбшьша глибина прони-кнення !ндентора. Це в!дпов!дае менш!й тве-рдост! у випадку звичайного !ндентування та свщчить про б!льшу пластичн!сть матер!алу. Змша характеру криво!, можливо, св!дчить про змшу механ!зму деформац!! за умови залучення в деформац!ю нових шар!в металу.
На б!льш твердому метал! ЗТВ максимальне навантаження досягаеться швидше за умови меншо! величини деформацп. Це може свщ-чити або про наявн!сть певно! пом!тно! кшь-кост! крихких д!лянок у метал! ЗТВ, або про наявнють помггно! (б!льшо! н!ж у випадку деформування основного металу) частки пружно! деформацп.
Метал шва у раз! стандартного дослщження мае найбшьшу тверд!сть ! найменша величина деформування вщповщае цьому. Най-менший час досягнення максимально! величини навантаження вщповщае бшьшш крихкост! металу в цш зон! та б!льш!й частц! пружно! деформацп.
Лггература
1. ГОСТ 22761-77: Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия. - [Введ. 1979.01.01]. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 10 с.
2. ГОСТ 380-2005: Стали обыкновенного ка-
чества. - М.: Издательство стандартов, 2005. - 11 с.
3. ДСТУ ISO 6506-1:2007: Нащональний ста-
ндарт Украши Матер!али металев!. Ви-значення тверд ост! за Бр!неллем. Части-на 1. Метод випробування. [Чинний вщ 2009-01-011. - К.: Держспоживстандарт Украши, 2009. - 14 с.
4. ASTM E 18-08Л Standard Test Method for
Rockwell Hardness of Metallic Materials. -37 p.
5. Мощенок В.И. Новые методы определения
твердости материалов / В.И. Мощенок. -X.: ХНАДУ, 2012. - 324 с.
6. ASTME 384-10e2: Standard Test Method for
Knoop and Vickers Hardness of Materials. - 42 p.
7. ДСТУ ISO 6507-1:2007: Матер1али мета-
лев!. Визначення твердосп заВшкерсом. Частина 1. Метод випробування (ISO 6507-1:2005,IDT). - [Чинний вщ 200901-011. - К.: Держспоживстандарт Укра!ни, 2010 - 16 с.
8. Патент № 81864 Украша, МПК 51, G01N
3/40 Ппертвердом!р / Мощенок B.I., Ко-стша Л.Л., Демченко С.В.; заявник та патентовласник Харювський нацюналь-ний автомобшьно-дорожнш ушверси-тет. - № 201301532, заявл. 11.02.2013; опубл. 10.07.2013, Бюл. №13. - 4 с.
9. Мощенок В.И. Диаграмма индентирования
и современные методы измерения твердости / В.И. Мощенок, Л.Л. Костина.// В!сник Кременчуцького нацюнального ушверситету. - 2011. - С. 16-18.
Рецензент: B.I. Мощенок, професор, к.т.н., ХНАДУ.
