Научная статья на тему 'РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В СТАЛИ 25Х17Н2Б-Ш И МЕДИ М1 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ РАВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗГИБУ'

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В СТАЛИ 25Х17Н2Б-Ш И МЕДИ М1 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ РАВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗГИБУ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
91
8
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РЕЛАКСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ / БРУС РАВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗГИБУ / НАГРУЖЕНИЕ / ВЫДЕРЖКА / НЕЛИНЕЙНАЯ РЕГРЕССИЯ / ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЛАКСАЦИИ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Проскурин А.В., Саюн С.П.

Проведены исследования релаксации напряжений коррозионно-стойкой стали марки 25Х17Н2Б-Ш при температуре 20 и 100 °С, отожженной меди марки М1 двух типов (мягкой и подвергшейся предварительной пластической деформации) при температуре 20 °С, используемых при изготовлении деталей стыковых соединений трубопроводов высокого давления. Исследования проведены на кольцевых образцах равного сопротивления изгибу по методу Одинга. Показано влияние температуры на скорость релаксации напряжений в стали 25Х17Н2Б-Ш, а также влияние предварительной пластической деформации отожженной меди на ее релаксационные характеристики, особенно заметное в первые часы после нагружения. В результате анализа опытных данных с использованием нелинейной регрессии определены числовые значения параметров уравнений, применяемых для описания процесса релаксации напряжений. С использованием полученных выражений рассчитаны и построены графики релаксации напряжений исследуемых материалов. Проведено сравнение напряжений, рассчитанных с использованием полученной модели релаксации для стали марки 25Х17Н2Б-Ш при температуре 20 °С, с результатами релаксации напряжений контрольного образца из того же материала, результаты испытаний которого не использовались при разработке математической модели. Расчетные данные показали хорошую сходимость с опытными данными, полученными на контрольном образце, что свидетельствует о корректности работы математической модели

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Проскурин А.В., Саюн С.П.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RESULTS OF STUDYING STRAIN RELAXATION IN STEEL 25KH17N2B-SH (25Х17Н2Б-Ш) AND COPPER М1 USING ANNULAR SAMPLES OF EQUAL BENDING RESISTANCE

The paper introduces the research into stress relaxation of corrosion-resistant steel 25Kh17N2B-Sh (25Х17Н2Б-Ш) at temperatures of 20 and 100 °C, annealed copper M1 of two types --- soft and subjected to preliminary plastic deformation --- at a temperature of 20 °C, used in the manufacture of parts for butt joints of high-pressure pipelines. The research was carried out on annular samples of equal bending resistance according to the method of Oding. The study shows the action of temperature on the rate of stress relaxation in steel 25Kh17N2B-Sh (25Х17Н2Б-Ш), as well as the effect of preliminary plastic deformation of annealed copper on its relaxation characteristics, which is especially noticeable in the first hours after loading. As a result of the analysis of experimental data and by means of nonlinear regression, we determined the numerical values of the parameters of the equations used to describe the process of stress relaxation. Using the obtained expressions, we calculated and plotted the curves of stress relaxation in the materials under study. Furthermore, we compared the stress values calculated using the obtained relaxation model for steel 25Kh17N2B-Sh (25Х17Н2Б-Ш) at a temperature of 20 °C with the results of stress relaxation of a control sample from the same material, the test results of which were not used in the development of a mathematical model. The calculated data showed good similarity with the experimental data obtained on the test sample, which indicates the correct operation of the mathematical model

Текст научной работы на тему «РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В СТАЛИ 25Х17Н2Б-Ш И МЕДИ М1 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ РАВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗГИБУ»

УДК 669.01:620.173.21

DOI: 10.18698/0236-3941-2021-2-59-71

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В СТАЛИ 25Х17Н2Б-Ш И МЕДИ М1 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ РАВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗГИБУ

А.В. Проскурин С.П. Саюн

niik@vniitf.ru

ФГУП «РФЯЦ — ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина», г. Снежинск, Челябинская обл., Российская Федерация

Аннотация

Проведены исследования релаксации напряжений коррозионно-стойкой стали марки 25Х17Н2Б-Ш при температуре 20 и 100 °С, отожженной меди марки М1 двух типов (мягкой и подвергшейся предварительной пластической деформации) при температуре 20 °С, используемых при изготовлении деталей стыковых соединений трубопроводов высокого давления. Исследования проведены на кольцевых образцах равного сопротивления изгибу по методу Одинга. Показано влияние температуры на скорость релаксации напряжений в стали 25Х17Н2Б-Ш, а также влияние предварительной пластической деформации отожженной меди на ее релаксационные характеристики, особенно заметное в первые часы после нагружения. В результате анализа опытных данных с использованием нелинейной регрессии определены числовые значения параметров уравнений, применяемых для описания процесса релаксации напряжений. С использованием полученных выражений рассчитаны и построены графики релаксации напряжений исследуемых материалов. Проведено сравнение напряжений, рассчитанных с использованием полученной модели релаксации для стали марки 25Х17Н2Б-Ш при температуре 20 °С, с результатами релаксации напряжений контрольного образца из того же материала, результаты испытаний которого не использовались при разработке математической модели. Расчетные данные показали хорошую сходимость с опытными данными, полученными на контрольном образце, что свидетельствует о корректности работы математической модели

Ключевые слова

Релаксация напряжений, брус равного сопротивления изгибу, нагружение, выдержка, нелинейная регрессия, характеристики релаксации

Поступила 21.05.2020 Принята 26.09.2020 © Автор(ы), 2021

Введение. Материалы деталей конструкций стыковых соединений трубопроводов гидравлических и пневматических систем, работающих в условиях высокого давления, должны сочетать в себе высокие прочностные и упругие свойства для сохранения сборочных усилий, обеспечивающих герметичность соединения. В процессе эксплуатации с течением времени в материалах постоянно нагруженных деталей соединений трубопроводов происходит релаксация напряжений и, как следствие, уменьшение усилий сборки, что может привести к нарушению герметичности. Это относится и к уплотнительным элементам, изготовленным из мягких материалов, например из меди. Поэтому при конструировании ответственных узлов для обеспечения их работоспособности в течение длительной эксплуатации должно учитываться явление релаксации напряжений в материалах деталей, находящихся в нагруженном состоянии [1]. Для обоснованного выбора материала такой конструкции необходимы характеристики релаксации напряжений, полученные опытным путем. Кроме того, опытные данные могут быть использованы для верификации и разработки расчетных моделей, описывающих поведение материала в нагруженном состоянии с течением времени.

Чаще всего исследования релаксации напряжений в металлах проводятся при повышенных температурах (до 1200 °С) и недостаточно длительном времени выдержки под нагрузкой (десятки, сотни часов) [2-8]. Поэтому объем сведений в литературе о релаксации напряжений в материалах при нормальной температуре (20 ± 5) °С и длительном времени выдержки достаточно ограничен.

Получены сведения о релаксации напряжений в коррозионно-стойкой стали марки 25Х17Н2Б-Ш (ТУ 14-1-1062-74*) при температуре 20 и 100 °С и меди марки М1 (ГОСТ 859-2014**) при температуре 20 °С. Использовалась медь двух типов: мягкая медь — образцы для испытаний подвергались отжигу, упрочненная медь — образцы для испытаний изготовлены из заготовки, подвергшейся после отжига пластической деформации.

Из имеющихся методов испытаний на релаксацию напряжений [4], как указано в [9, 10], самым простым в реализации и наиболее подходящим для длительных испытаний является метод кольцевых образцов

* ТУ 14-1-1062-74. Прутки и полосы из коррозионно-стойкой стали марки 25Х17Н2Б-Ш электрошлакового переплава. Технические условия. Держатель подлинника: ЦССМ ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина».

** ГОСТ 859-2014 Медь. Марки. М., Стандартинформ, 2015.

или метод Одинга. Этот метод использован в настоящей работе. При испытаниях кольцевой образец, сконструированный в виде бруса равного сопротивления изгибу (рис. 1), нагружается путем изменения ширины прорези вставленным в нее клином определенного размера. Требуемое начальное напряжение создается выбором соответствующей толщины клина. Для измерений ширины прорези на образце рядом с прорезью прибором Виккерса наносятся метки. Расстояние С1 между метками измеряется перед началом испытаний. Затем образец нагружается клином, и в нагруженном состоянии измеряется расстояние С2 между метками. В нагруженном образце в процессе выдержки происходят процессы релаксации первоначальных напряжений. После выдержки в течение времени £ образец разгружается и снова измеряется расстояние С1£ между метками. Расстояние С1£ больше, чем расстояние С1 до нагружения, так как упругая деформация уменьшается за счет релаксации напряжений.

Значения начального анач (в момент времени £ = 0) и релаксирован-ного напряжения в образце определяются по изменению первоначальной ширины прорези с применением следующих формул [1, 11]:

3

Рис. 1. Кольцевой образец равного сопротивления изгибу

Онач = AE(C2 - Ci);

(1)

at = AE (C2 - Cit),

(2)

где А = 0,000583 мм 1 — коэффициент, зависящий от геометрических размеров образца [9, 11]; Е — модуль упругости материала образца; Qt — расстояние между метками после выдержки образца в нагруженном состоянии.

После измерения расстояния Qt образец опять нагружается до размера С2 тем же клином, этим обеспечивается постоянство деформированного состояния образца в течение всего испытания. Повторяя через установленные промежутки времени ti измерения расстояния Qti после разгрузки и расчета значений напряжений, можно получить зависимость релаксации напряжений в координатах напряжение-время.

Для исследований релаксации напряжений в стали марки 25Х17Н2Б-Ш использовано шесть образцов (условной нумерации: усл. № 1-№ 6). Для получения требуемых показателей механических свойств и твердости образцы после изготовления подвергали термической обработке (закалка в вакууме при (970 ± 15) °С, двукратный отпуск в вакууме при (710 ± 20) °С). Механические характеристики стали 25Х17Н2Б-Ш после термообработки следующие: твердость 28...33 HRC; предел прочности ав = 900 МПа; условный предел текучести 00,2 = 760 МПа; модуль упругости Е = 2,1 • 105 МПа.

Образцы усл. № 1-№ 3 выдерживали в нагруженном состоянии при температуре (20 ± 5) °С, а образцы усл. № 4-№ 6 выдерживали в нагруженном состоянии при температуре (100 ± 5) °С.

Для исследований релаксации напряжений в меди марки М1 использовано пять образцов (усл. № 7-№ 11). Заготовками образцов из меди служили диски диаметром 100 и высотой 12 и 35 мм, вырезанные из прутка ГКР ХХХ 100 М1 (ГОСТ 1535-91*). Образцы усл. № 7 и 8, изготовленные из заготовок высотой 12 мм, перед нагружениями отжигали в вакуумной печи при давлении не более 1 • 10-1 мм рт. ст. и температуре 600.700 °С. Заготовки высотой 35 мм для образцов усл. № 9-№ 11 сначала отжигали с указанными ранее режимами, а затем подвергали пластической деформации (осадке) = 60 %, после чего из них вырезали образцы.

Основные механические характеристики меди марки М1, полученные по результатам испытаний на растяжение образцов, изготовленных в соответствии с ГОСТ 1497-84**, следующие: ав = 205 и 385 МПа и удлине-

* ГОСТ 1535-91. Прутки медные. Технические условия. М., Межгосударственный стандарт, 1991.

** ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. М., Стандарт-информ, 2008.

ние при разрыве 5 = 25,2 и 4,52 % (до и после пластической деформации); Е = 1,1 • 105 МПа.

Кривые релаксации в начальный период процесса имеют резко падающий участок, который затем сменяется другим значительно более плавным, характеризующим собой процесс релаксации с весьма умеренной скоростью падения напряжений [4]. На первом этапе релаксации преобладающую роль играет диффузионная пластичность [12-14]. Для описания этого процесса И.А. Одингом была предложена следующая зависимость:

а = аначе "Ш(1Ш), (3)

где к, Ь — коэффициенты, зависящие от свойств металла; í — время релаксации.

Для описания второго этапа процесса релаксации в [2, 15] рекомендована зависимость, полученная с использованием экспериментальных данных,

а = аое )Р, (4)

где а0 — начальное напряжение второго этапа процесса релаксации (расчетная величина); р — показатель релаксационной податливости, изменяющийся в пределах от 0 до 1; £0 — величина, которую в [15] предложено называть коэффициентом внутризеренной стабильности металла (чем больше ¿о, тем медленнее снижается напряжение на этом этапе релаксации).

Параметры к, Ь из выражения (3) и а0, р, ¿0 из (4) определяли по полученным экспериментальным зависимостям изменения напряжений от времени для каждого образца с использованием нелинейной регрессии.

Для определения конца первого этапа релаксации напряжений и начала второго этапа сделано допущение, что продолжительность первого этапа ограничена моментом времени, которому принадлежит последняя экспериментальная точка из точек, использованных для нахождения параметров к и Ь выражения (3). Число этих точек выбрано таким, при котором среднеквадратическое отклонение экспериментальных точек выражения (3) было минимальным.

Максимальное время нагружения образцов составило до 7536 ч (314 сут).

В таблице приведены значения начальных напряжений, реализованные в образцах, а также расчетные значения коэффициентов к, Ь, а0, р, ¿о, определенные по экспериментальным данным. На рис. 2, б и 3, б

65 60 55-

¡ 50Í

9н Ч

45

401

35

Пер эт релак вый ал сации Вто _ эт релак рой ал сации

i 1 +

г*—* f._____

+Н--Н- -* J

Г**™»-»

1

CL -•- —•i

10 15 20 Время, ч

а

1000

2000 Время, ч

б

3000

Рис. 2. Графики изменения напряжений в течение времени в образцах из стали: кривые 1-6 — образцы усл. № 1-№ 6 соответственно

4000

2000

4000 6000 Время, ч б

'0 10 20 30 40 50 0 Время, ч а

Рис. 3. Графики изменения напряжений в течение времени в образцах

из меди:

кривые 7-11 — образцы усл. № 7-№ 11 соответственно

8000

для образцов усл. № 1-№ 6 и усл. № 7-№ 11 приведены графики уравнений (3) и (4) со значениями коэффициентов из таблицы. Для большей наглядности графики первого и второго этапов релаксации приведены на рис. 2, а и 3, а с другим масштабом времени (этапы релаксации напряжений разделены штриховой линией). Для сравнения также показаны экспериментальные точки, использованные для вычисления коэффициентов.

Начальные напряжения, реализованные в образцах, и расчетные значения коэффициентов из выражений (3), (4)

Условный номер образца снач, МПа (кгс/мм2) k b öb t0 P

1 422,74 (42,274) 2,051 31,364 39,97 140 500 0,205

2 505,01 (50,501) 2,64 28,78 46,6 156 000 0,190

3 605,80 (60,580) 3,025 28,004 54,8 224 900 0,183

4 426,94 (42,694) 2,023 15,957 37,15 1867 0,509

5 496,0 (49,600) 2,963 19,425 42,334 2974 0,426

6 626,9 (62,690) 3,475 19,506 52,182 5193 0,383

7 38,79 (3,879) 1,361 8,516 3,338 497 600 0,149

8 50,34 (5,034) 3,507 14,188 3,98 4936 0,386

9 40,40 (4,040) 0,103 5,6 3,932 20 890 0,351

10 50,02 (5,002) 0,025 2,14 4,824 30 170 0,276

11 69,26 (6,926) 0,018 0,77 6,704 120 000 0,220

Более наглядно процесс релаксации напряжений в материале можно представить с помощью зависимости величины падения напряжения в процессе релаксации от величины начального напряжения и времени действия нагрузки. Такие зависимости, построенные по результатам испытаний образцов из стали 25Х17Н2Б-Ш при температуре 20 и 100 °С, приведены на рис. 4. С использованием выражения (4) и значений коэффициентов из таблицы, определяли значения напряжений а (^) в разные моменты времени Ь, (200, 2000, 4000.10 000 ч) для каждого начального напряжения онач, реализованных в образцах (см. таблицу). Затем определяли величину падения напряжений (в процентах) в результате релаксации за выбранные промежутки времени:

Аа =анач ; (5)

. ,„/ч Ао, -100

До,- (%) = —--. (6)

нач

40 45 50 55 60 Начальное напряжение, кгс/мм' а

40 45 50 55 60 Начальное напряжение, ktc/mmz б

Рис. 4. Зависимости падения напряжения в образцах из стали при релаксации от начального напряжения при 20 (а) и 100 °С (б)

Приведенные таким образом данные дают возможность наглядно оценить изменение величины напряжения в результате релаксации напряжений и степень влияния какого-либо фактора, например температуры, на этот процесс. Например, из рис. 4 следует, что при увеличении начального напряжения повышается и значение падения напряжения в процессе релаксации. Значение падения напряжения в процессе релаксации увеличивается также при повышении температуры выдержки.

Для практического применения при оценке величины релаксации напряжений удобнее использовать обобщенную математическую модель в виде расчетных выражений. Например, необходимо оценить изменение напряжений за промежуток времени, превышающий первый этап релаксации (£ > 10 ч — для стали 25Х17Н2Б-Ш; t > 30 ч — для упрочненной меди марки М1). Из данных таблицы следует, что значения коэффициентов (а0, р, to) из выражения (4) могут зависеть от начального напряжения анач, поэтому зависимости Ст0(анач), ^(анач), р (анач) можно найти путем аппроксимации значений этих коэффициентов. Таким образом, обобщенные математические модели, описывающие процесс релаксации напряжений, можно представить в виде следующих систем:

11(1 112\р(онач)

а^) = а0(ашч)е(Манач)) > при t > 10 ч; °0Кач) = 0,8102анач + 5,705; ^(°нач) = 270,51анач - 23213огач + 638360; р (^нач) = 0,000062а|ач - 0,007544<3нач + 0,413714

(7)

(8)

— математическая модель релаксации напряжений в стали 25Х17Н2Б-Ш при температуре 20 °С;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а (г) = аоКач)е~(г/(г0(анач))2Г "^при г > 10 ч; °о Кач) = 0,7518анач + 5,0483; го(^нач) = 166,75^нач - 5269,9; р (анач) = 0,0003анач - 0,0383анач +1,5872

— то же при температуре 100 °С;

а (г) = а0(анач)е"(г//(г°(СТнач))2 ^ при г > 30 ч; 00 (^нач) = 0,9629анач + 0,0283; г0(анач) = 128 35анач -106410анач + 241294;

(9)

p (анач) = 1,1293оь

-0,853

— математическая модель релаксации напряжений в упрочненной меди марки М1 при температуре 20 °С.

При необходимости для оценки изменений напряжений в течение первых часов после нагружения (первый этап процесса релаксации) можно построить аналогичную модель с помощью коэффициентов к и Ь из выражения (3).

Для дальнейшего использования математическая модель (7) была протестирована по результатам исследований релаксации напряжений на дополнительном образце из стали марки 25Х17Н2Б-Ш, которые не использовались при построении математической модели. Результаты расчетного моделирования релаксации напряжений с помощью математической модели (7) и экспериментальные данные дополнительного образца приведены на рис. 5.

1000 2000

6000 7000

3000 4000 Время, ч

Рис. 5. Результаты расчетного моделирования релаксации напряжений и экспериментальные данные тестового образца

Отметим хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных, что свидетельствует об адекватности математических моделей (7), (8) и (9) и возможности их использования.

Выводы. В результате проведенных исследований получены математические модели, характеризующие изменение напряжений при релаксации в коррозионно-стойкой стали марки 25Х17Н2Б-Ш при температуре 20 и 100 °С и отожженной меди марки М1 двух типов (недеформированной и подвергшейся предварительной пластической деформации) при температуре 20 °С. Показано, что скорость релаксации напряжений в стали марки 25Х17Н2Б-Ш с повышением температуры до 100 °С меняется в сторону увеличения, что свидетельствует о снижении ее релаксационной стойкости. Релаксация напряжений в упрочненной меди, т. е. меди, подвергшейся предварительной пластической деформации, выражена меньше, чем в мягкой, которая не подвергалась предварительной пластической деформации, особенно в первые часы после нагружения.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Бабкин В.Т., Зайченко А.А., Александров В.В. и др. Герметичность неподвижных соединений гидравлических систем. М., Машиностроение, 1977.

[2] Локощенко А.М. Ползучесть и длительная прочность металлов. М., ФИЗМАТЛИТ, 2016.

[3] Волкова Т.И., Цейтлин В.З., Петропавловская З.Н. Методика испытания на релаксацию при растяжении в специальном приспособлении. Вопросы металловедения котлотурбинных материалов. Труды ЦНИИТМАШ, 1955, вып. 71, с. 70-80.

[4] Матвеев С.И., ред. Релаксация и ползучесть металлов. М., Машгиз, 1952.

[5] Антикайн П.А. Металловедение. М., Металлургия, 1972.

[6] Гинцбург Я.С. Релаксация напряжений в металлах. М., Металлургиздат, 1957.

[7] Тайра С., Отани Р. Теория высокотемпературной прочности материалов. М., Металлургия, 1986.

[8] Бернштейн М.Л., Рахштадт А.Г., ред. Методы испытаний и исследования. М., Металлургия, 1991.

[9] Борздыка А.М., Гецов Л.Б. Релаксация напряжений в металлах и сплавах. М., Металлургия, 1972.

[10] Работнов Ю.Н. Ползучесть конструкций. М., Наука, 2014.

[11] Одинг И. А., ред. Новый метод испытания металлов на релаксацию и ползучесть. М., Машгиз, 1949.

[12] Одинг И.А. К вопросу о природе релаксации и ползучести металлов. Вестник машиностроения, 1949, № 2, с. 6-14.

[13] Одинг И.А. Релаксация и ползучесть с учетом неравномерного распределения напряжения. Известия АН СССР. ОТН, 1948, № 10, с. 1561-1575.

[14] Одинг И.А. Релаксация и ползучесть металлов. Вестник машиностроения, 1946, № 5, с. 25-35.

[15] Постников В.С., ред. Релаксационные явления в металлах и сплавах. Тр. 3-й Всесоюз. науч. конф. М., Металлургиздат, 1963.

Проскурин Анатолий Викторович — д-р техн. наук, заместитель главного конструктора ФГУП «РФЯЦ — ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина» (Российская Федерация, 456770, Челябинская обл., г. Снежинск, ул. Васильева, д. 13).

Саюн Сергей Петрович — инженер-исследователь ФГУП «РФЯЦ — ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина» (Российская Федерация, 456770, Челябинская обл., г. Снежинск, ул. Васильева, д. 13).

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Проскурин А.В., Саюн С.П. Результаты исследований релаксации напряжений в стали 25Х17Н2Б-Ш и меди М1 с использованием кольцевых образцов равного сопротивления изгибу. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2021, № 2 (137), с. 59-71. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2021-2-59-71

RESULTS OF STUDYING STRAIN RELAXATION IN STEEL 25Kh17N2B-Sh (25X17H2E-m) AND COPPER Ml USING ANNULAR SAMPLES OF EQUAL BENDING RESISTANCE

A.V. Proskurin niik@vniitf.ru

S.P. Sayun

Russian Federal Nuclear Center — Zababakhin All-Russian Scientific Research Institute of Technical Physics, Snezhinsk, Chelyabinsk Region, Russian Federation

Abstract

The paper introduces the research into stress relaxation of corrosion-resistant steel 25Kh17N2B-Sh (25X17H2B-m) at temperatures of 20 and 100 °C, annealed copper Ml of two types — soft and subjected to preliminary plastic deformation — at a temperature of 20 °C, used in the manufacture of parts for butt joints of high-pressure pipelines. The research was carried out on annular samples of equal bending resistance according to the method of Oding. The study shows the action of temperature on the rate of stress relaxation in steel 25Kh17N2B-Sh (25X17H2B-ffl), as well as the effect of preliminary plastic deformation of annealed copper on its relaxation characteristics, which

Keywords

Stress relaxation, bar of equal bending resistance, stress, holding, nonlinear regression, relaxation properties

is especially noticeable in the first hours after loading. As a result of the analysis of experimental data and by means of nonlinear regression, we determined the numerical values of the parameters of the equations used to describe the process of stress relaxation. Using the obtained expressions, we calculated and plotted the curves of stress relaxation in the materials under study. Furthermore, we compared the stress values calculated using the obtained relaxation model for steel 25Kh17N2B-Sh (25Х17Н2Б-Ш) at a temperature of 20 °C with the results of stress relaxation of a control sample from the same material, the test results of which were not used in the development of a mathematical model. The calculated data showed good similarity with the experimental data obtained on the test sample, which indicates the correct operation of the mathematical model

REFERENCES

[1] Babkin V.T., Zaychenko A.A., Aleksandrov V.V., et al. Germetichnos' nepodvizhnykh soedineniy gidravlicheskikh system [Airtightness of fixed joints of hydraulic systems]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1977.

[2] Lokoshchenko A.M. Polzuchest' i dlitel'naya prochnost' metallov [Creep and long-term strength of metals]. Moscow, FIZMATLIT Publ., 2016.

[3] Volkova T.I., Tseytlin V.Z., Petropavlovskaya Z.N. Test procedure for tensile relaxation in a special device. Material science issues of boiler-and-turbine materials. Tr. TsNIITMASh, 1955, vol. 71, pp. 70-80 (in Russ.).

[4] Matveev S.I., ed. Relaksatsiya i polzuchest' metallov [Relaxation and creep of metals]. Moscow, Mashgiz Publ., 1952.

[5] Antikayn P.A. Metallovedenie [Material engineering]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1972.

[6] Gintsburg Ya.S. Relaksatsiya napryazheniy v metallakh [Stress relaxation in metals]. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1957.

[7] Tayra S., Otani R. Teoriya vysokotemperaturnoy prochnosti materialov [Theory of high-temperature material strength]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1986.

[8] Bernshteyn M.L., Rakhshtadt A.G., eds. Metody ispytaniy i issledovaniya [Test and research methods]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1991.

[9] Borzdyka A.M., Getsov L.B. Relaksatsiya napryazheniy v metallakh i splavakh [Stress relaxation in metals and alloys]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1972.

[10] Rabotnov Yu.N. Polzuchest' konstruktsiy [Structure creep]. Moscow, Nauka Publ., 2014.

[11] Oding I.A., ed. Novyy metod ispytaniya metallov na relaksatsiyu i polzuchest' [New test method for metal relaxation and creep]. Moscow, Mashgiz Publ., 1949.

Received 21.05.2020 Accepted 26.09.2020 © Author(s), 2021

[12] Oding I.A. On question of relaxation and creep character of metals. Vestnik mashi-nostroeniya, 1949, no. 2, pp. 6-14 (in Russ.).

[13] Oding I.A. Relaxation and creep with account for non-uniform stress distribution. Izvestiya AN SSSR. OTN, 1948, no. 10, pp. 1561-1575 (in Russ.).

[14] Oding I.A. Metal relaxation and creep. Vestnik mashinostroeniya, 1946, no. 5, pp. 2535 (in Russ.).

[15] Postnikov V.S., ed. [Relaxation phenomena in metals and alloys]. Tr. 3-y Vsesoyuz. much. konf. [Proc. 3rd Soviet Union Sc. Conf.]. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1963 (in Russ.).

Proskurin A.V. — Dr. Sc. (Eng.), Deputy of Chief Designer, Russian Federal Nuclear Center — Zababakhin All-Russian Scientific Research Institute of Technical Physics (Vasileva ul. 13, Snezhinsk, Chelyabinsk Region, 456770 Russian Federation).

Sayun S.P. — Research Engineer, Russian Federal Nuclear Center — Zababakhin All-Russian Scientific Research Institute of Technical Physics (Vasileva ul. 13, Snezhinsk, Chelyabinsk Region, 456770 Russian Federation).

Please cite this article in English as:

Proskurin A.V., Sayun S.P. Results of studying strain relaxation in steel 25Kh17N2B-Sh (25Х17Н2Б-Ш) and copper М1 using annular samples of equal bending resistance. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Mechanical Engineering, 2021, no. 2 (137), pp. 59-71 (in Russ.). DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2021-2-59-71

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.