В статье проведен анализ изменения коэрцитивной силы по длине дефектных образцов. Изучены особенности проведения исследования образцов. Рассмотрены влияния неоднородной деформации на образцы.
Ключевые слова: сталь, коэрцитивная сила, дефект.
Для обеспечения безопасности эксплуатации и избежание аварий, необходимо проверять напряженно — деформированное состояние металла. Наблюдение деградации материалов позволяет нам понять фактический срок службы конструкции. Этим и объясняется актуальность данного исследования.
Перед строительством металлоконструкций, образцы металла проверяются на надежность. Этим занимается так называемый неразрушающий контроль Одним из информативных параметров в неразрушающем контроле и технической диагностике несущих металлоконструкций является коэрцитивная сила. Коэрцитивная сила, так же ее называют силой намагничивания, показывает напряженность магнитного поля, которая необходима для полного размагничивания магнитного вещества. Измерение коэрцитивной силы применяется на предприятиях металлургии и машиностроении в нефтегазовой промышленности для выявления структурных изменений в рассматриваемых конструкциях.
Исследования основывались на дефектных образцах с учетом изменения длины макродефекта, который представлял собой выдавку одинаковой глубины (2 мм) с разной первоначальной длиной. При этом, дефект располагался вдоль оси растяжения перед испытаниями на разрывной машине ИР-5145–500–11.
Разрывная машина ИР-5145–500 применяется при испытании образцов различных материалов на изгиб, растяжение и сжатие. Прибором выясняют характеристики механических свойств материалов: относительное сужение и удлинение, временное сопротивление, истинное сопротивление разрыву.
Разрывная машина позволяет с помощью программных методов определить условный ( 0,2 ) и физический предел текучести, модуль упругости и пропорциональности.
После разрушения дефектных образцов на разрывной машине, мы имеем три разрушенных пластины маркой стали К60 с концентраторами продольного расположения длиной 6, 9 и 12 мм.
Вначале для установления закономерностей изменения коэрцитивной силы по длине необходимо построить график зависимости силы от зоны измерения.
Для этого на миллиметровой бумаге обводим обе части разрушенных образцов, как с лицевой стороны, так и с тыльной. Измеряем коэрцитивную силу (h c ) коэрцитиметром по длине образца, над дефектом и в зоне разрушения. Полученные значения фиксируем. На основе этих данных строим график зависимости, который приведен ниже.
Рис. 1. График зависимости коэрцитивной силы от зоны измерения
Вдобавок для установления закономерностей необходимо найти зависимость максимального (h max ) значения коэрцитивной силы от длины деформации. Для этого необходимо измерить длину исследуемых образцов. График зависимости представлен ниже.
Рис. 2. График зависимости максимальной коэрцитивной силы от длины дефекта
Вместе с тем целесообразно провести расчет средней величины коэрцитивной силы в зоне разрушения. Для этого необходимо воспользоваться формулой:
Где h C — среднее значение коэрцитивной силы;
∑ — знак суммирования;
n — общее число измерений.
Из этого следует, что полученное нами среднее значение коэрцитивной силы будет равняться 1300 А/м.
Кроме всего прочего необходимо осуществить анализ коэрцитивной силы через соотношение размера длин. С этой целью проводим измерение длины каждых частей исследуемых образцов.
В настоящей работе используются образцы с концентраторами напряжений.
Поэтому влияние неоднородной деформации на образцы вычисляем по следующей формуле:
где d кор — длина короткой части образца;
d — длина всего образца.
Подставим соответствующие значения в формулу, получим:
- Для образца 6 пр — 41 %;
- Для образца 9 пр — 42 %;
- Для образца 12 пр — 41 %.
Для бездефектного же образца данное соотношение разрушенных частей находится в диапазоне 45–50 %.
Результаты расчетов влияния неоднородной деформации на образцы, найденные по формуле (2), представлены в виде гистограммы.
Рис. 3. Соотношение разрушенных частей
На основании приведенных в гистограмме проведем сравнительный анализ результатов с бездефектным путем относительного соотношения влияния по формуле:
Для образцов 6пр и 12пр значение будет равно 0,18.
Для образца 9пр значение будет равно — 0,16.
На основании полученных значений можно сделать вывод, что относительное отклонение образцов с концентратами напряжений от бездефектных образцов составляет примерно 0,17 или 17 %.
Значения коэрцитивной силы для рассматриваемых образцов имеют достаточно близкие результаты измерений, которые отличаются от параметров измерений коэрцитивной силы на бездефектном образце. Следовательно, можно констатировать факт влияния макроконцентратора на фактор неоднородности структуры материала в рассматриваемых образцах. Смеем заметить, что продольный дефект оказывал влияние на смещение области разрушения относительно центра тяжести образца.
Литература:
- Андронов, И. Н. Ресурс надземных трубопроводов. Ч. 2: Методы оценки кинетики усталостных и деформационных процессов / И. Н. Андронов, А. С. Кузьбожев, Р. В. Агиней. — Ухта: Изд-во УГТУ, 2008. — 278 с.: ил.
- Малинин, В. В. Структурно-аналитический градиентный критерий разрушения пластин с макроконцентраторами напряжений [Текст]: автореф. дис.... канд. техн. наук: 01.02.04 / Малинин Владимир Владиславович; Госуниверситет-УНПК. — Орел., 2011. — 24 с.
