CS234870B1 - Spéscb skúšania materiálov na cyklické zaťaženie tepelnými iokml - Google Patents

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.

Description

Vynález sa týká sposobu skúšania materiálov na cyklické zaťaženie tepelnými šokmi pre skúmanie materiálov súčiastok, ktořé sa v prevádzke stýkajú s roztaveným kovom.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Roztavená kovová kvapka 1 padá na vzorku 2 podía obr. 1, ktorá je na tesnenie 4 dotláčaná maticou 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.

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.

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.

Claims (1)

1. PREDMET VYNALEZU

   Spósob skúšania materiálov na cyklické zaťaženie tepelnými šokmi pre zisťovanie životnosti tepelne namáhaných materiálov, vyznačujúci sa tým, že skúšaná vzorka sa udržuje na jednej straně na konštantnej teplote chladiacim médiom o teplote v rozsahu 15° až 300 °C, pričom druhá strana vzorky se tepelne namáha nakvapkaním 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 a ďalej doba medzi dalšími cyklami nakvapkávania je 1 až 10 sekúnd a pósobenie nakvapkávania trvá až do vzniku trhliny, ktorej hlbka je zhodná s hrubkou skúšanej vzorky.