Objednejte si bezplatné zasílání tištěné verze časopisuKONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8433
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Zajímavosti    Odhady lomové houževnatosti ocelí penetračními testy

Odhady lomové houževnatosti ocelí penetračními testy

Publikováno: 12.8.2009, Aktualizováno: 11.9.2009 09:35
Rubrika: Zajímavosti

Kvalifikované posuzování zbytkové životnosti ocelových konstrukcí vyžaduje znalost aktuální úrovně mechanických charakteristik použitých materiálů resp. stupně jejich degradace při minimalizaci zkušebního materiálu odebíraného z posuzované součásti. Použití  standardizovaných postupů pro stanovení aktuální úrovně FATT resp. lomové houževnatosti materiálu vyžaduje velký zásah do integrity provozovaného zařízení, vyvolaný potřebou odběru poměrně velkého množství zkušebního materiálu. Následné opravy svařováním však mohou být zdrojem zvýšeného výskytu poškození.

V září roku 2004 inicioval Evropský výbor pro normalizaci (CEN) vznik dokumentu CWA 15627 (CEN Workshop Agreement) „Small Punch Test Method for Metallic Materials“ [1]. CWA je technická dohoda v rámci CEN a vlastněná CEN jako publikace, která odráží konsenzus konkrétních expertů a organizací odpovědných za její obsah. CWA proto reprezentuje nižší úroveň konsenzu, než jakou představuje evropská norma. CWA 15627 je rozdělen do dvou samostatných částí:

Part A: A Code of Practice for Small Punch Creep Testing.
Part B: A Code of Practice for Small Punch Testing for Tensile and

Fracture Behaviour. Část B obsahuje rovněž ANNEX B1: „Derivation of tensile and fracture material properties“ a ANNEX B2: „Guidance on relevant technological issues: specimens sampling from components“. Požadavek minimalizace zkušebního materiálu odebíraného z posuzovaného zařízení je možno zajistit „nedestruktivním“ odběrem vzorku materiálu buď odbroušením, nebo elektrojiskrovým řezáním [1]. Mechanické vlastnosti jsou následně stanovovány pomocí penetračních testů na zkušebních tělesech tvaru disku o průměru 8 mm a tloušťce 0,5 mm.

Pro odhad lomové houževnatosti (JIC a KIC) je možno použít tři přístupy. Dva z nich jsou založeny na empiricky stanovených korelacích [2–6], třetí, navržený EPRI [7, 8], je založen na analýze výsledků penetračního testu a stanovení hustoty deformační energie, odpovídající iniciaci trhliny při penetračním testu. Použití tohoto přístupu vyžaduje v průběhu penetračního testu snímat nejen závislost zatížení – posunutí razníku, ale i monitorovat povrch zkušebního tělesa a identifikovat okamžik iniciace trhliny. V předloženém příspěvku je uveden princip penetračního testu a přístupy, které je možno použít pro odhad lomové houževnatosti na základě jejich výsledků.

PRINCIP PENETRAČNÍHO TESTU
Princip penetračního testu spočívá v průniku razníku s hemisférickou plochou přes plochý vzorek tvaru disku, který je sevřen mezi spodní opěrnou a horní přítlačnou matricí (obr. 1). V průběhu testu je snímána závislost zatížení – posunutí razníku (obr. 2). Z výše uvedené závislosti a porušeného zkušebního tělesa jsou stanovovány následující charakteristiky používané pro odhad pevnostních charakteristik a lomového chování materiálů:

Pe [N] – síla charakterizující přechod z linearity do stádia spojovaného s rozvojem plastické deformace přes tloušťku vzorku (plastic bending stage)
Pm [N] – maximální síla zaznamenaná v průběhu penetračního testu
dm [mm] – posunutí odpovídající Pm
d* [mm] – posunutí odpovídající porušení vzorku
E [J] – lomová energie vypočtená z plochy pod závislostí síla posunutí razníku až do okamžiku porušení tělesa
ef [1] – ef = ln(t0/t*) – efektivní lomová deformace, kde t0 je počáteční tloušťka vzorku a t* je minimální tloušťka v místě porušení vzorku.

DVOUSTUPŇOVÁ METODA STANOVENÍ KIC

Odhad lomové houževnatosti je v tomto případě proveden na základě:

  • stanovení empirické závislosti mezi tranzitní teplotou TSP stanovenou z výsledků penetračních testů v rozmezí teplot –185 °C až +20 °C a FATT stanovenou z výsledků zkoušek rázem v ohybu na tělesech Charpy s V-vrubem,
  • znalosti empirické závislosti mezi FATT a KIC.

PŘÍMÝ ODHAD LOMOVÉ HOUŽEVNATOSTI Z VÝSLEDKŮ PENETRAČNÍCH TESTŮ
Pro případy, kdy lomové chování konstrukčních ocelí je popsáno parametry elastoplastické lomové mechaniky byla v práci [3] odvozena závislost mezi JIC a ekvivalentní lomovou deformací ef. Hodnota JIC je korelována s lomovou deformací vzorku ef pomocí vztahu:


kde K a J0 jsou konstanty. Efektivní lomová deformace  je vyjádřena vztahem:

Její hodnota může být stanovena z úrovně posunutí d* odpovídajícího porušení vzorku na základě empiricky stanovené závislosti:

Závislost ln  stanovená na základě výsledků penetračních testů v rozmezí teplot –193 °C až +20 °C u rotorové CrMoV oceli [9] je znázorněna na obr. 3. Pro zajištění dostatečné přesnosti jsou hodnoty t* měřeny na metalografickém výbrusu (viz obr. 4) připraveném postupem popsaným v [1].

EPRI-FAA INOVOVANÝ PŘÍSTUP PRO ODHAD LOMOVÉ HOUŽEVNATOSTI JIC
Tento přístup navržený pro EPRI společností FAA (Failure Analysis Associates, Inc.) hodnotí lomové chování na základě hustoty deformační energie potřebné pro iniciaci trhliny při penetračním testu. Postup použitý pro stanovení lomové houževnatosti materiálu z výsledku jednoho penetračního testu je následující:

  • záznam závislosti zatížení – posunutí razníku při současném monitorování povrchu zkušebního tělesa pro identifikaci okamžiku iniciace trhliny,
  • stanovení závislosti o-e pro tahovou zkoušku ze závislosti zatížení – posunutí razníku získané v průběhu penetračního testu,
  • stanovení hustoty deformační energie odpovídající iniciaci trhliny při penetračním testu,
  • stanovení lomové houževnatosti JIC z odhadu síly, při které je dosaženo kritické hustoty deformační energie na čele trhliny u standardizovaného zkušebního tělesa pro stanovení lomové houževnatosti.

ZÁVĚR
U uhlíkových, nízkolegovaných a výše legovaných ocelí s BCC mřížkou je možno odhadnout aktuální lomovou houževnatost materiálu na základě penetračních testů třemi různými přístupy. Pro přímý odhad z výsledku jednoho penetračního testu je však třeba stanovit v  průběhu penetračního testu vedle závislosti zatížení – posunutí razníku i okamžik iniciace trhliny.

LITERATURA:
[1] CEN Workshop Agreement CWA 15627 „Small Punch Test Method for Metallic Materials, December 2007
[2] Misawa, T., Nagata, S., Aoki, N., Ishizaka, J., Hamaguchi, Y., : Fracture Toughness Evaluation of FusionReactor Structural Steels at Low Temperatures by Small Punch Tests. Journal of Nuclear Materials 169(1989), p. 225–232
[3] Bayoumi, M. R., Bassim, M. N., : Study of the Relationship Between Fracture Toughness (JIC) and Bulge Ductility. Int. Journ. Of Fracture, 23 (1983) p. 71–79
[4] Mao, X., Saito, M., Takahashi, H., : Small Punch Test to Predict Ductile Fracture Toughness JIC and Brittle Fracture Toughness KIC. Scripta METALLURGICA, Vol. 25, 1991, p. 2481–2485
[5] Mao, X., Takahashi, H., Kodaira, T., : Estimation of Mechanical Properties of Irradiated Nuclear Pressure Vessel Steel by Use of Subsized CT Specimen and Small Punch Specimen. Scripta METALLURGICA, Vol. 25, 1991, p. 2487–2490
[6] Ha, J. S., Fleury, E., : Small Punch Tests to Estimate the Mechanical Properties of Steels for Steam Power Plant: II. Fracture Toughness. International Journal of Pressure Vessels and Piping 75 (1998) p. 707–713
[7] Foulds, J. R., Woytowitz, P. J., Parnell, T. K., Jewett, C. W., : Fracture Toughness by Small Punch Testing. Journal of Testing and Evaluation, JTEVA, Vol. 23, No.1, January 1995, p. 3–10
[8] Small Punch Testing for Fracture Toughness Measurement, R-105130, Research Project 2426-38, Prepared for EPRI, June 1995
[9] Matocha, K., Purmenský, J., Miščicki, M., Marszalek, P.,: Determination of actual tensile and fracture properties of steam turbine rotor by small punch tests. Advances in Materials Science, Volume 7, Number 2(12) June 2007, ISSN 1730-2439, p. 32

Estimate of fracture toughness of steels by means of penetration tests
Competent assessment of remaining life span of steel structures requires knowledge of current level of mechanical characteristics of used materials. In September 2004 the European Committee for standardisation (CEN) initiated the creation of the document CWA 15627 „Small Punch Test Method for Metallic Materials“. The requirement of minimisation of tested material taken from the assessed equipment may be met by means of „non-destructive“ sampling of material either by grinding or spark cutting. Mechanical characteristics are determined using penetration tests on the testing body in the shape of a disc. In order to estimate fracture toughness (JIC and KIC), three procedures may be used. Two of them are based on empirically determined correlations, the third one, designed by EPRI, is based on the analysis of penetration test results and determination of deformation energy density corresponding to the rupture initiation during penetration test.

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Obr. 4 – Metalografický výbrus příčného řezu vzorku porušeného při penetračním testu při teplotě –160 °C [9]Obr. 3 – Závislost ln (ln(t0/t*) vs ln (d*/t0) stanovená pro rotorovou CrMoV ocel [9]Obr. 2 – Závislost zatížení – posunutí razníku snímaná v průběhu penetračního testuObr. 1 – Princip penetračního testu [1] (1– zkušební těleso tvaru disku, 2 – razník, 3 – spodní opěrná matrice, 4 – horní přítlačná matrice, 5 – snímač posunutí)

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

Skelet administrativní budovy z ocelové konstrukce (563x)
Popisovaná novostavba administrativní budovy s hlavní nosnou ocelovou konstrukcí se nachází v pražské městské části Zlič...
„Zachovali jsme industriální podobu původní Waltrovky,“„Zachovali jsme industriální podobu původní Waltrovky,“ (471x)
říkají v rozhovoru pro Konstrukce David Musil, ředitel rezidenční výstavby společnosti Penta v ČR, a Rudolf Vacek, ředit...
Výpočet dynamických sil v základech masivního padostroje při drop-in testech velkých tělesVýpočet dynamických sil v základech masivního padostroje při drop-in testech velkých těles (410x)
V technické praxi, viz např. obr. 1 a 2, jsou často požadovány zkoušky součástí nebo strojních celků dynamickým rázem (&...

NEJlépe hodnocené související články

O aplikaci BIM diskutovali starostové se zástupci ministerstvaO aplikaci BIM diskutovali starostové se zástupci ministerstva (5 b.)
Odborný seminář Buďte BIM ready!, konaný 6. února 2018 v hotelu Vitality ve Vendryni u Třince volně navázal na konferenc...
Poruchy průmyslových podlahPoruchy průmyslových podlah (5 b.)
Problematika průmyslových podlah je v současnosti poměrně často skloňované téma. Průmyslové podlahy jsou podstatnou souč...
ROCKWOOL má flotilu „ještěrek“ a vlastní plnicí stanici na CNGROCKWOOL má flotilu „ještěrek“ a vlastní plnicí stanici na CNG (5 b.)
Bohumínská společnost ROCKWOOL, výrobce izolací z kamenné vlny, investovala 25,5 mil. Kč do pořízení vysokozdvižných voz...

NEJdiskutovanější související články

Dřevostavby a cenové ukazatele nosných obvodových zdíDřevostavby a cenové ukazatele nosných obvodových zdí (8x)
Koncept „dřevostavba“ není zatím přesně definován. Tímto pojmem budeme rozumět stavební dílo, pro jehož nosnou konstrukc...
Analýza efektivity vytváření a využití antikorozních systémů na bázi materiálů obsahujících zinekAnalýza efektivity vytváření a využití antikorozních systémů na bázi materiálů obsahujících zinek (5x)
Zinkové povlaky tvoří nejefektivnější antikorozní ochranu ocelových výrobků. V práci je představena analýza nákladů...
EURO 2012 – Polsko a Ukrajina centry evropského stavebnictvíEURO 2012 – Polsko a Ukrajina centry evropského stavebnictví (3x)
Až za dva roky píšťalka rozhodčího zahájí první utkání ze série evropského fotbalového šampionátu EURO 2012, budou mít z...
Aktuální číslo časopisu
Katalog firem - registrace

Působíte v oboru
pozemních staveb?
Potom využijte možnosti registrace
za akční cenu 300,-/rok

do Katalogu firem.

Google

Zavřít [x]