CS234870B1

CS234870B1 - Spéscb testing of materials for cyclic loading by thermal iokml

Info

Publication number: CS234870B1
Application number: CS901483A
Authority: CS
Inventors: Vojtech Pulc; Pavol Misik; Ernest Gondar
Original assignee: Vojtech Pulc; Pavol Misik; Ernest Gondar
Priority date: 1983-12-02
Filing date: 1983-12-02
Publication date: 1985-04-16

Abstract

Vynález patří do odboru strojárenskej metalurgie a rieši sposob skúšania materiálov na cyklické zaťaženie tepelnými šokmi. Jeho podstata je v tom, že skúšaná vzorka je na jednej straně udržiavaná na konštantnej teplote chladiacim médiom o teplote v rozsahu 15 0 až 300 °C. Druhá strana vzorky je tepelne namáhaná nakvapkávaním kovověj kvapky s teplotou 200 ° až 2000 °C a s dobou posobenia kvapky na vzorku 2 až 10 sekund. Táto sa potom mechanicky odstráni a ďalej doba medzi dalšími cyklami nakvapkávania je 1 až 10 sekund a posobenie nakvapkávania trvá až do vzniku trhliny, ktorej híbka je zhodná s hrubkou skúšainej vzorky.The invention belongs to the field of mechanical metallurgy and solves the method of testing materials for cyclic thermal shock loading. Its essence is that the tested sample is on one side maintained at a constant temperature by a cooling medium with a temperature in the range of 15 0 to 300 °C. The other side of the sample is thermally stressed by dripping a metal drop with a temperature of 200 ° to 2000 °C and with a drop impact time on the sample of 2 to 10 seconds. This is then mechanically removed and further the time between subsequent dripping cycles is 1 to 10 seconds and the impact of the dripping lasts until a crack appears, the depth of which is the same as the thickness of the tested sample.

Description

Vynález sa týká sposobu skúšania materiálov na cyklické zaťaženie tepelnými šokmi pre skúmanie materiálov súčiastok, ktořé sa v prevádzke stýkajú s roztaveným kovom.The present invention relates to a method of testing thermal shock materials for the examination of materials of parts which in contact with molten metal.

Doteraz používané skúšky na tepelné šoky pozostávajú z ohřevu vzorky v peci, indukčně, plameňom, a jej následného prudkého ochladenia. Kritériom takýchto skúšok bývá počet cyklov, ktorý vedie ku vzniku praskliny kritickej velkosti, popřípadě velkost praskliny vyvolaná vopred počtom cyklov. Takéto skúšky nie sú vhodné na skúšanie materiálov, ktoré dochádzajú do styku s roztavenými kovmi, lebo tieto sú namáhané aj mechanicky kavitačno-erozívnym opotřebením od tekutého kovu. Podobú nevýhodu majú aj skúšky na tepelnú únavu, ktoré sú zamerané na skúšanle turbínových lopatiek, kde na skúšané vzorky, uložené centricky na rotujúcom kotúči s příslušnými otáčkami, je fúkaný horáci vzduch. Kritériom bývá velkost praskliny, ktorá je zisťovaná po určitom počte cyklov, čo si bezpodimieinečne vyžaduje prerušenie skúšky a nedovoluje presne určit počet cyklov, ktoré viedli ku vzniku kritickej praskliny.The thermal shock tests used hitherto consist of heating the sample in an oven, inductively, by flame, and its subsequent rapid cooling. The criterion of such tests is the number of cycles that lead to the crack of critical size, or the size of the crack induced in advance by the number of cycles. Such tests are not suitable for testing materials that come into contact with molten metals, since they are also stressed by mechanical cavitation-erosive wear from the liquid metal. A similar disadvantage is that of the thermal fatigue tests, which are focused on the turbine blade testing machine, where the test samples placed centrally on a rotating disk at the appropriate speed are blown with burning air. The criterion is the size of a crack, which is detected after a certain number of cycles, which necessarily requires interruption of the test and does not precisely determine the number of cycles that led to the formation of a critical crack.

Vzorky sú pri skúškach na tepelnú únavu namáhané kombináciou únavového zaťažeriia a vysokoteplotného creepu. Trvalé formy sú však namáhané iným sposobom. Okrem už spomenutého kavitačno-erozívneho opotrebenia povrchu formy od tekutého kovu, stúpne v každom cykle teplota povrchu formy v priebehu niekolkých desatín sekundy takmer o 1000 °C, aby v zápatí za niekolko sekúnd klesla na povodnú teplotu.The samples are subjected to a combination of fatigue load and high-temperature creep in thermal fatigue tests. However, durable forms are stressed in a different way. In addition to the aforementioned cavitation-erosive wear of the mold surface from the liquid metal, the mold surface temperature rises by nearly 1000 ° C in a few tenths of a second to decrease to the flood temperature in the foot in a few seconds.

Doteraz sa skúšali materiály trvalých foriem priamo v prevádzke. Vyžadovalo si to často velmi zložitú výrobu foriem, nezriedka z drahých a ťažko obrobiteTných materiálov. V niektorých prípadoch bolo skúšanie velmi zdíhavé aj z dovodov nedostatočného zvládnutia technologie plnenia foriem, ako tlakové liatie železných liatin.So far, permanent mold materials have been tested directly in service. This often required very complex mold making, often of expensive and difficult to machine materials. In some cases, the testing was also very risky because of the lack of mastery of mold filling technology, such as die-cast iron casting.

Uvedené nedostatky odstraňuje sposob skúšania materiálov na cyklické zaťaženie tepelnými šokimi pre zisťovanie životnosti tepelne namáhaných materiálov podfa vynálezu, ktorého podstata je v tom, že skúšahá vzorka sa udržuje na jednej straně na konštantnej teplote chladiaciím médiom o teplote v rozsahu 15 až 300°C. Druhá strana vzorky je tepelne namáhaná nakvapkávaním kovověj kvapky s teplotou 260 ° až 2700 °C a s dobou pósobenia tejto kvapky na vzorku 2 až 10 sekúnd, ktorá sa potom mechanicky odstráni. Dalej doba medzi dalšími cyklaimi nakvapkávania je 1 až 10 sekund. Pósobenie nakvapkávania trvá až do vzniku trhliny, ktorej hlbka je zhodná s hrúbkou skúšanej vzorky.These drawbacks are overcome by the method of cyclic thermal shock load testing of the durability of the thermally stressed materials of the present invention, which is based on the fact that the test sample is kept on one hand at a constant temperature by a cooling medium of 15 to 300 ° C. The other side of the sample is thermally stressed by dropping a metal drop at a temperature of 260 ° to 2700 ° C and having a drop time on the sample for 2 to 10 seconds, which is then mechanically removed. Furthermore, the time between further dropping cycles is 1 to 10 seconds. The dripping action lasts until a crack is obtained, the depth of which is consistent with the thickness of the test sample.

Výhoda uvedeného spósobu podfa vynálezu je v tom, že kritériom ukončenia skúšky je počet cyklov, ktorý sposob,Ϊ vznik takej praskliny, ktorej hlbka je zhodná s hrúbkou vzorky, čo sa prejaví prosakováním vody vzorkou. Takéto kritérium ukončenia skúšky má tú výhodu, že umožňuje ukončit skúšku hned' po vzniknutí kritického porušenia a priebežné sledovanie praskliny si nevyžaduje prerušenie skúšky. Okrem toho skúška dovoluje porovnat vhodnost materiálov na výrobu trvalých foriem za podstatné kratšiu dobu ako v prevádzke, lebo vzorka je tepelne intenzívnejšie namáhaná ako forma — menšla hrúbka, vačší odvod tepla. Dalej sa skúškou ušetří nlelen materiál, ale aj energia a 1'udská práca.An advantage of the method according to the invention is that the criterion for completion of the test is the number of cycles that cause the formation of a crack whose depth is equal to the thickness of the sample, which is manifested by water leakage through the sample. Such a test termination criterion has the advantage that it allows the test to be terminated immediately after a critical failure has occurred and continuous monitoring of the crack does not require the test to be interrupted. In addition, the test makes it possible to compare the suitability of materials for the manufacture of durable molds in a substantially shorter time than in operation, since the sample is more thermally stressed than the mold - less thickness, greater heat dissipation. In addition, not only the material but also energy and human labor are saved by the test.

Na priloženom výkrese je na obr. 1 znázorněný okamih padania roztavenej kvapky na vzorku a na obr. 2 je znázorněný okamih po dopade kvapky na vzorku.In the accompanying drawing, FIG. 1 shows the drop point of the molten drop on the sample and FIG. 2 shows the moment after the droplet falls on the sample.

Roztavená kovová kvapka 1 padá na vzorku 2 podía obr. 1, ktorá je na tesnenie 4 dotláčaná maticou 3.The molten metal drop 1 falls on the sample 2 of FIG. 1, which is pressed against the seal 4 by the nut 3.

Na obr. 2 kovová kvapka 1 je už rozprsknutá na povrchu vzorky 2 a je zospodu chiadená kvapalinou, pričom táto kovová kvapalina 1 vytvára ve vzorke mikrotrhlinu 5. Navrhovaná skúška zohladňuje v plnej imeire takýto spósob namáhania, lebo simuluje podmienky liatia do trvalých foriem. Kvapka roztaveného kovu padá na vylestenú plochu vzorky, ktorá je chiadená vodou. Po dopadnutí kovu na vzorku dochádza k intenzívnemu odvodu tepla, takže kov rýchlo chladne. Po vychladnutí na určitú teplotu je odstránený a dochádza k natavovanlu ďalšieho kovu. Hmotnost odtavovaného kovu, čas ohřevu, čas chladnutia kovu, velkost povrchu vzorky, výška, z ktorej padá kov na vizorku, ako aj dížka jedného cyklu a pauzy medzi cyklami, sa dajú nastavit podlá prevádzkových pomerov.In FIG. 2, the metal drop 1 is already spattered on the surface of the sample 2 and is undershot by the liquid, which metal liquid 1 forms a micro-crack in the sample 5. The proposed test takes into account such a stress pattern in full imeire as it simulates casting conditions in permanent molds. A drop of molten metal falls onto the spiked surface of the sample, which is water-cooled. When the metal falls on the sample, the heat dissipates intensively so that the metal cools down quickly. After cooling to a certain temperature, it is removed and other metal is melted. The weight of the molten metal, the heating time, the cooling time of the metal, the surface area of the sample, the height from which the metal falls on the specimen, as well as the length of one cycle and pauses between cycles can be adjusted according to operating conditions.

V konkrétných príkladoch realizovania boli odskúšané vzorky z liatych materiálov, například ocel typu maragin a molybdén a materiál získaný metódou práškové) metalurgie ako sú zliatiiny molybdén + 1,5 % niklu, molybdén + 5 % niklu a molybdén + + 10 % niklu. Teploty roztavenej kvapky boli například 780 °G hliník, 1150 °C med a 1500 “C ocel triedy 11. Posuv hmotnosti vzorky ku hmotnosti kvapky bol 7 : 1. Časový režim doby pósobenia kvapky na vzorke 4 sekundy a doba medzi jednotlivými cyklami 5 sekúnd. Dosiahnutá životnost vzoriek sa značné odlišovala v závislosti od teploty kvapky a materiálu vzorky. Například odolnost vzoriek zaťažovaných kvapkami o teplote 1500 °C sa pohybovala od 250 cyklov — ocel' typu maragin, až po 3000 cyklov — liaty molybden a zllatina molybdén + 1,5 % niklu. Uvedené počty cyklov niekolkonásobne vzrástli pri zaťažovaní vzoriek kvapkami nižšej teploty.In particular embodiments, cast material samples such as maragine and molybdenum steel and powdered metallurgical material such as molybdenum + 1.5% nickel, molybdenum + 5% nickel and molybdenum + + 10% nickel were tested. For example, the molten droplet temperatures were 780 ° C aluminum, 1150 ° C honey, and 1500 ° C grade 11 steel. The sample weight to drop weight shift was 7: 1. The time period of the droplet exposure time on the sample was 4 seconds and 5 seconds between cycles. The achieved lifetime of the samples varied considerably depending on the drop temperature and sample material. For example, the resistance of samples loaded with droplets at a temperature of 1500 ° C ranged from 250 cycles - maragin type steel up to 3000 cycles - molybdenum cast and molybdenum alloy + 1.5% nickel. The number of cycles reported increased several times when loading samples with lower temperature droplets.

Navrhovaný spósob podía, vynálezu sa dá využit nlelen na skúšanie materiálov trvalých foriem, ale aj na skúšanie iných sú234870 čiastok namáhaných podobným spósobom. Pri tlakovom liatí k ním například patří komora, do ktorej sa nalieva horúci kov před vstreknutím a piest slúžiaci na vstrekovanie kovu do formy.The proposed method according to the invention can be used not only for testing durable mold materials, but also for testing others are 234870 particles stressed in a similar manner. For example, in die casting, they include a chamber into which hot metal is poured prior to injection and a piston for injecting metal into the mold.

Claims

For example, the pressurized casting includes a chamber into which hot metal is poured prior to injection and a piston serving to inject metal into the mold. SUBJECT MATTERS A method for testing materials for cyclic thermal shock loads to determine the durability of heat stressed materials, characterized in that the test sample is held on a constant temperature by a cooling medium at a temperature of 15 ° C to 300 ° C, the other side of the pattern being This is thermally loaded by dropping a metallic droplet at a temperature of 260 DEG to 2700 DEG C. and a drop of this droplet on the sample for 2 to 10 seconds, which is then mechanically removed, and further between 1 and 10 sec. not dropping lasts until a crack occurs, the depth of which is the same as that of the test sample. 1 sheet of drawings