RU2545321C1 - Method of non-destructive estimation of critical changes of metal technical state - Google Patents
Method of non-destructive estimation of critical changes of metal technical state Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545321C1 RU2545321C1 RU2013143889/28A RU2013143889A RU2545321C1 RU 2545321 C1 RU2545321 C1 RU 2545321C1 RU 2013143889/28 A RU2013143889/28 A RU 2013143889/28A RU 2013143889 A RU2013143889 A RU 2013143889A RU 2545321 C1 RU2545321 C1 RU 2545321C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- microhardness
- distribution
- studied
- zone
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к способу обнаружения в металле критических изменений его технического состояния, связанных с протеканием процесса старения.The invention relates to non-destructive testing methods, in particular to a method for detecting critical changes in its technical condition in a metal associated with the aging process.
Для обеспечения требуемого уровня безопасности при эксплуатации различных металлических конструкций необходимо достоверное определение технического состояния металла конструкции.To ensure the required level of safety during the operation of various metal structures, a reliable determination of the technical condition of the metal of the structure is necessary.
В процессе изготовления металлических конструкций, а также в процессе их эксплуатации в металле могут происходить изменения, которые существенно сказываются на эксплуатационных характеристиках металла.In the process of manufacturing metal structures, as well as in the process of their operation in the metal, changes can occur that significantly affect the performance of the metal.
Одним из процессов, вызывающих резкое падение эксплуатационных характеристик металла, является старение металла - выделение избыточного углерода из пересыщенного твердого раствора, и его концентрация на границах зерен металла.One of the processes causing a sharp drop in the operational characteristics of the metal is the aging of the metal - the release of excess carbon from a supersaturated solid solution, and its concentration at the grain boundaries of the metal.
В качестве неразрушающих способов оценки технического состояния металла известен метод акустико-эмиссионной диагностики (ГОСТ Р 52727-2007 «Национальный стандарт РФ. Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика»), при котором регистрируют переменное поле упругих напряжений от развивающихся дефектов (в том числе на уровне структуры). Однако данный метод предназначен для обнаружения образовавшихся дефектов, и он является нечувствительным к изменению структурного состояния металла.As non-destructive methods for assessing the technical condition of a metal, the method of acoustic emission diagnostics is known (GOST R 52727-2007 "National Standard of the Russian Federation. Technical diagnostics. Acoustic emission diagnostics"), in which an alternating field of elastic stresses from developing defects is recorded (including structure level). However, this method is designed to detect defects that are formed, and it is insensitive to changes in the structural state of the metal.
Известен способ определения циклической прочности металла конструкций, который заключается в циклическом нагружении локальной области металла с помощью индентора и одновременном намагничивании и измерении намагниченности в зоне воздействия индентора (RU 2122721С1, G01N 3/32, 27.11.1998). В процессе испытания регистрируют зависимость «усилие вдавливания - намагниченность», по изменению которой оценивают степень повреждения металла. Недостатком данного способа является то, что величина намагниченности металла является индикатором, реагирующим на накопление металлом поврежденности, и не может идентифицировать те процессы, которыми эта поврежденность была вызвана.A known method for determining the cyclic strength of metal structures, which consists in cyclic loading of the local region of the metal using an indenter and the simultaneous magnetization and measurement of magnetization in the zone of exposure of the indenter (RU 2122721C1, G01N 3/32, 11/27/1998). During the test, the dependence “indentation force - magnetization” is recorded, by changing which the degree of damage to the metal is evaluated. The disadvantage of this method is that the magnitude of the magnetization of the metal is an indicator that responds to the accumulation of damage by the metal, and cannot identify the processes by which this damage was caused.
Известен способ определения поврежденности объекта, в котором для определения накопленной металлом поврежденности используется метод определения значений микротвердости и обработка получаемого распределения с помощью аналитических зависимостей (RU 2315971 С1, G01N 3/42, 27.01.2008). Недостатком данного метода является отсутствие физической интерпретации получаемых коэффициентов поврежденности металла и невозможность идентификаций протекания критических изменений в металле.A known method for determining the damage to an object, in which to determine the accumulated metal damage using the method of determining the microhardness and processing the resulting distribution using analytical dependencies (RU 2315971 C1, G01N 3/42, 01/27/2008). The disadvantage of this method is the lack of a physical interpretation of the resulting metal damage coefficients and the impossibility of identifying the occurrence of critical changes in the metal.
Задачей изобретения является создание неразрушающего способа качественной оценки протекания в металле конструкции критических изменений его технического состояния (в частности протекание процесса старения), в том числе в процессе эксплуатации конструкции.The objective of the invention is to provide a non-destructive method for a qualitative assessment of the course of critical changes in its technical condition in a metal structure (in particular, the aging process), including during the operation of the structure.
Для этого в способе неразрушающей оценки критических изменений технического состояния металла, включающем подготовку поверхности, воздействие на подготовленную поверхность индентором с заданными нагрузкой и шагом и определение микротвердости металла, сначала на подготовленную поверхность образца из металла, аналогичного металлу исследуемой конструкции, но находящегося в исходном состоянии, в различных зонах (чем больше зон будет выбрано, тем более точный результат будет получен) воздействуют индентором в форме пирамиды, осуществляя в каждой зоне серию замеров, определяют распределения значений микротвердости в каждой из зон, из которых определяют минимальное значение микротвердости, которое принимается как базовое минимальное значение для данного металла. Затем аналогично выполняют замеры микротвердости на рассматриваемом участке исследуемой конструкции из того же металла. По результатам измерений определяют распределение значений микротвердости, которое сравнивают с полученным базовым минимальным значением микротвердости. Более низкие значения микротвердости в металле исследуемой конструкции по сравнению с базовым минимальным значением микротвердости свидетельствуют о протекании в металле процесса старения.To do this, in a non-destructive method for evaluating critical changes in the technical condition of a metal, including surface preparation, exposing the prepared surface to an indenter with a given load and pitch, and determining the microhardness of the metal, first on the prepared surface of a sample of metal similar to the metal of the structure under study, but in the initial state, in different zones (the more zones are chosen, the more accurate the result will be obtained) they act as an indenter in the form of a pyramid, in each zone a series of measurements, determine the distribution of microhardness values in each of the zones of which define the minimum value of microhardness, which is taken as a base a minimum value for a given metal. Then, microhardness measurements are likewise performed on the considered section of the investigated structure from the same metal. According to the measurement results, the distribution of microhardness values is determined, which is compared with the obtained base minimum microhardness value. Lower values of microhardness in the metal of the studied design compared to the base minimum value of microhardness indicate the aging process in the metal.
На фиг. 1 представлены сводные гистограммы распределения базовых значений микротвердости металла и распределения микротвердости в металле после первичного нагружения, на фиг. 2 - сводные гистограммы распределения базовых значений микротвердости металла и распределения микротвердости в металле после повторного нагружения. Технология способа состоит в следующем.In FIG. 1 shows summary histograms of the distribution of the base values of the microhardness of the metal and the distribution of microhardness in the metal after the initial loading, FIG. 2 - summary histograms of the distribution of the base values of the microhardness of the metal and the distribution of microhardness in the metal after reloading. The technology of the method is as follows.
Перед проведением комплекса замеров микротвердости поверхность должна быть отполирована, для того чтобы минимизировать влияние поверхностных неровностей на результаты измерений. Чем ниже будет шероховатость, тем выше будет достоверность результатов. В то же время подготовка поверхности должна исключать чрезмерное (выше 100-150°С) нагревание поверхности металла.Before carrying out a set of microhardness measurements, the surface must be polished in order to minimize the effect of surface irregularities on the measurement results. The lower the roughness, the higher the reliability of the results. At the same time, surface preparation should exclude excessive (above 100-150 ° C) heating of the metal surface.
На первом этапе определяется базовое распределение значений микротвердости исследуемого металла, находящегося в исходном состоянии. Для этого выбирается либо лист исследуемого металла в исходном состоянии, из которого изготавливается исследуемая конструкция, либо измерения выполняются на изготовленной конструкции, не находившейся в эксплуатации.At the first stage, the basic distribution of microhardness values of the studied metal in the initial state is determined. To do this, either a sheet of the metal under study is selected in the initial state from which the structure under investigation is made, or measurements are performed on a fabricated structure that was not in operation.
На подготовленную зону металла воздействуют индентором.The prepared metal zone is affected by an indenter.
Для обеспечения требуемой точности и достоверности результатов:To ensure the required accuracy and reliability of the results:
- комплексы замеров рекомендовано выполнять в различных зонах металла;- it is recommended to carry out complexes of measurements in various zones of metal;
- рекомендованное количество замеров в одной зоне - не менее 70;- the recommended number of measurements in one zone is not less than 70;
- усилие вдавливания выбирается исходя из структуры и свойств исследуемого металла, таким образом чтобы отпечаток индентора по размерам не превосходил размеры зерна металла;- the indentation force is selected based on the structure and properties of the studied metal, so that the indenter imprint does not exceed the grain size of the metal in size;
- шаг перемещения индентора должен быть таким, чтобы исключить воздействие деформационных полей предыдущего вдавливания на последующее.- the step of moving the indenter should be such as to exclude the effect of deformation fields of the previous indentation on the next.
После выполнения комплексов замеров определяют распределения значений микротвердости, из которых находят минимальное значение микротвердости, которое принимается как базовое минимальное значение для данного металла.After performing the measurement complexes, the distributions of microhardness values are determined, from which the minimum microhardness value is found, which is taken as the base minimum value for a given metal.
Затем аналогично выполняют замеры микротвердости на рассматриваемом участке исследуемой конструкций из того же металла. По результатам измерений определяют распределение значений микротвердости.Then, microhardness measurements are likewise performed on the considered section of the investigated structures of the same metal. According to the measurement results, the distribution of microhardness values is determined.
На заключительной стадии производится сравнение полученных значений микротвердости в металле исследуемой конструкции с базовым минимальным значением микротвердости для данного металла. В случае, если в металле конструкции обнаруживаются значения микротвердости, более низкие, чем базовое минимальное значение микротвердости, то данный факт свидетельствует о протекании в металле процесса старения.At the final stage, the obtained microhardness values in the metal of the studied structure are compared with the base minimum microhardness value for this metal. If microhardness values lower than the base minimum microhardness value are found in the metal of the structure, this fact indicates the aging process in the metal.
Замеры микротвердости при получении минимального базового значения и значений микротвердости исследуемой конструкции должны выполняться с одинаковой толщины металла, при схожем текущем напряженно-деформированном состоянии металла и в аналогичных температурных условиях. Достоверность применения описанного способа при несоблюдении какого-либо из указанных выше условий, необходимо дополнительно экспериментально подтверждать.Microhardness measurements when obtaining the minimum base value and microhardness values of the investigated structure should be performed with the same metal thickness, with a similar current stress-strain state of the metal and in similar temperature conditions. The reliability of the application of the described method in case of non-compliance with any of the above conditions must be additionally experimentally confirmed.
ПримерExample
На листе из стали Ст3сп5 (ГОСТ 14637-89, σв=466 МПа, σт=311 МПа, δ=10 мм) были выбраны три зоны для определения базового минимального значения микротвердости. Подготовка поверхности выбранных зон включала в себя полировку до шероховатости Ra=0,5 мкм.On a sheet of steel St3sp5 (GOST 14637-89, σ in = 466 MPa, σ m = 311 MPa, δ = 10 mm), three areas were chosen to determine the baseline microhardness minimum value. The surface preparation of the selected zones included polishing to a roughness of Ra = 0.5 μm.
Для определения значений микротвердости использовался микротвердомер ПМТ-3М1. Вдавливания производились индентором в виде правильной четырехугольной пирамидки с углом при вершине 136°, с усилием в 10 г. Шаг перемещения индентора был выбран в 0,03 мм. В каждой зоне производилось по 100 вдавливаний.To determine the microhardness values, a PMT-3M1 microhardness meter was used. Indentations were made by the indenter in the form of a regular quadrangular pyramid with an angle at the apex of 136 °, with a force of 10 g. The indenter displacement step was chosen at 0.03 mm. In each zone, 100 indentations were performed.
Из полученного базового распределения значений микротвердости было найдено минимальное значение микротвердости, равное 102 кгс/мм, которое было принято как базовое минимальное значение микротвердости для данного материала.From the obtained base distribution of microhardness values, a minimum microhardness value of 102 kgf / mm was found, which was taken as the base minimum microhardness value for this material.
Затем, из рассматриваемого листа был вырезан образец для проведения усталостных испытаний с размерами рабочей части: ширина - 80 мм, длина - 180 мм, толщина - 10 мм.Then, a specimen for fatigue testing with the dimensions of the working part was cut from the sheet under consideration: width - 80 mm, length - 180 mm, thickness - 10 mm.
Испытания включали в себя усталостное нагружение образца с параметрами σmax=280 МПа, σmin=0 МПа в течение 20000 циклов. После испытаний в рабочей части образца была выбрана зона для измерения значений микротвердости. Подготовка поверхности и методика проведения замеров были аналогичны тем, которые применялись для получения базового распределения значений микротвердости.The tests included the fatigue loading of the sample with parameters σ max = 280 MPa, σ min = 0 MPa for 20,000 cycles. After testing, a zone for measuring microhardness values was selected in the working part of the sample. Surface preparation and the measurement procedure were similar to those used to obtain the basic distribution of microhardness values.
Полученное распределение значений микротвердости сравнивалось с базовым минимальным значением микротвердости.The resulting distribution of microhardness values was compared with the base minimum microhardness value.
Сводная гистограмма распределения базовых значений микротвердости металла и распределения микротвердости металла образца после нагружения приведена на фиг. 1.A summary histogram of the distribution of the base values of the microhardness of the metal and the distribution of the microhardness of the metal of the sample after loading is shown in FIG. one.
Результаты сравнения показали, что значения микротвердости металла образца после нагружения выше, чем базовое минимальное значение микротвердости, что свидетельствует о том, что эволюция дислокационной структуры в процессе нагружения металла не привела к протеканию в нем критических процессов.The comparison results showed that the microhardness values of the sample metal after loading are higher than the base minimum microhardness value, which indicates that the evolution of the dislocation structure during metal loading did not lead to the occurrence of critical processes in it.
В связи с этим исследуемый образец был повторно нагружен с параметрами σmax=280 МПа, σmin=0 МПа в течение 200000 циклов. После нагружения образца в его рабочей части был повторно произведен комплекс замеров микротвердости. Сводная гистограмма распределения базовых значений микротвердости и распределения микротвердости после повторного нагружения приведена на фиг. 2.In this regard, the test sample was reloaded with parameters σ max = 280 MPa, σ min = 0 MPa for 200,000 cycles. After loading the sample, a complex of microhardness measurements was repeated in its working part. A summary histogram of the distribution of the base values of microhardness and the distribution of microhardness after reloading is shown in FIG. 2.
Результаты сравнения показали, что после повторного нагружения образца в его металле появился массив более низких значений микротвердости в сравнении с базовым минимальным значением, что свидетельствует о протекании процесса старения в металле.The comparison results showed that after repeated loading of the sample, an array of lower microhardness values appeared in its metal in comparison with the base minimum value, which indicates the aging process in the metal.
Для проверки корректности сделанного предположения были проведены металлографические исследования, включающие оптическую и электронную микроскопию металла образцов после первичного и повторного нагружения.To verify the correctness of the assumption made, metallographic studies were carried out, including optical and electron microscopy of the metal of the samples after initial and repeated loading.
Проведенные исследования показали повышенную концентрацию углерода на границах ферритных зерен и частичный распад перлита в металле образца после повторного нагружения, и отсутствие подобных изменений в металле образца после его первичного нагружения.The studies showed an increased concentration of carbon at the boundaries of ferrite grains and a partial decomposition of perlite in the metal of the sample after repeated loading, and the absence of such changes in the metal of the sample after its initial loading.
Технический результат заключается в создании способа оперативной неразрушающей диагностики конструкции, с помощью которого появляется возможность не только оценивать накопление металлом поврежденности, но и фиксировать наличие в металле конструкций критических изменений его технического состояния, связанных с протеканием в металле процесса старения, что позволит существенно повысить эффективность оценки и прогнозирования эксплуатационной надежности конструкций.The technical result consists in creating a method for operational non-destructive diagnostics of a structure, with the help of which it becomes possible not only to assess the accumulation of damage by a metal, but also to fix the presence of critical changes in its technical condition in the metal of structures associated with the aging process in the metal, which will significantly increase the evaluation efficiency and predicting the operational reliability of structures.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013143889/28A RU2545321C1 (en) | 2013-10-01 | 2013-10-01 | Method of non-destructive estimation of critical changes of metal technical state |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013143889/28A RU2545321C1 (en) | 2013-10-01 | 2013-10-01 | Method of non-destructive estimation of critical changes of metal technical state |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2545321C1 true RU2545321C1 (en) | 2015-03-27 |
| RU2013143889A RU2013143889A (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=53282326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013143889/28A RU2545321C1 (en) | 2013-10-01 | 2013-10-01 | Method of non-destructive estimation of critical changes of metal technical state |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2545321C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724584C1 (en) * | 2020-01-29 | 2020-06-25 | Александр Евгеньевич Зорин | Method for nondestructive evaluation of metal structural state using microindentation |
| RU2767028C1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-03-16 | Александр Евгеньевич Зорин | Method of determining embrittlement of material |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1988000691A1 (en) * | 1986-07-10 | 1988-01-28 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Or | Penetrating measuring instrument |
| SU1705725A1 (en) * | 1988-09-23 | 1992-01-15 | Институт сверхтвердых материалов АН УССР | Method of determining physical and mechanical characteristics of material |
| RU2315971C1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-01-27 | Евгений Евгеньевич Зорин | Damage degree of object detecting method |
-
2013
- 2013-10-01 RU RU2013143889/28A patent/RU2545321C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1988000691A1 (en) * | 1986-07-10 | 1988-01-28 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Or | Penetrating measuring instrument |
| SU1705725A1 (en) * | 1988-09-23 | 1992-01-15 | Институт сверхтвердых материалов АН УССР | Method of determining physical and mechanical characteristics of material |
| RU2315971C1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-01-27 | Евгений Евгеньевич Зорин | Damage degree of object detecting method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RU 2498263 C1 дата приоритета 25.05.2012. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724584C1 (en) * | 2020-01-29 | 2020-06-25 | Александр Евгеньевич Зорин | Method for nondestructive evaluation of metal structural state using microindentation |
| RU2767028C1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-03-16 | Александр Евгеньевич Зорин | Method of determining embrittlement of material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013143889A (en) | 2015-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2545321C1 (en) | Method of non-destructive estimation of critical changes of metal technical state | |
| CN110031281B (en) | Method for determining steel type | |
| RU2536783C1 (en) | Method of determining operating life of metal of pipeline | |
| RU2498263C1 (en) | Method for detection of microcracks in metal | |
| RU2724584C1 (en) | Method for nondestructive evaluation of metal structural state using microindentation | |
| JP5034270B2 (en) | Standard plating film sample and plating film inspection method | |
| CA3004218A1 (en) | X-ray based fatigue inspection of downhole component | |
| RU2730541C1 (en) | Method for prediction of pipeline failure rate | |
| RU2553829C1 (en) | Method of metal mechanical testing | |
| Simmers Jr et al. | Detection of corrosion using piezoelectric impedance-based structural health monitoring | |
| Arifin et al. | Evaluating the contraction value of ferromagnetic material at early fatigue loading stage using magnetic flux leakage signature | |
| Rentala et al. | NDE reliability using laboratory induced natural fatigue cracks | |
| RU2382351C2 (en) | Method of evaluation of loss of plasticity by change of microhardness of constructional steel | |
| RU2750683C1 (en) | Method for determining mechanical characteristics of high-energy materials | |
| Rideout et al. | Detection and quantification of fatigue damage in aircraft structural components | |
| Rideout et al. | Life Remaining Prognostics for Structural Components | |
| RU2391601C2 (en) | Procedure for evaluation of remaining life of gas main metal | |
| RU2386961C1 (en) | Method of magnetic diagnostics of turbomachine blade made from cobalt alloys | |
| Rideout et al. | Life remaining prognostics for airframe structural components | |
| RU2585796C1 (en) | Method for quality control of articles | |
| Kutsepau et al. | Evaluation of the Magnet Breakaway Force Measurement Accuracy of the NT-800 Sensors for Early Detection of Defects of Their Manufacturing | |
| RU2376594C2 (en) | Magnetic method of detecting flaws in blades of turbo-machines made from cobalt alloys in mechanical loading conditions | |
| RU2386963C1 (en) | Method of magnetic diagnostics of turbomachine blade made from alloyed steels | |
| CN106290559A (en) | Engine residual life prognoses system | |
| RU2381494C2 (en) | Method for integrated flaw detection of alloy-steel turbomachine blades |