Побудова кореляційних залежностей між результатами ударних випробувань стандартних та малорозмірних зразків Шарпі

Abstract

Світовий досвід показує, що існуюча в Україні на сьогоднішній день нормативна база потребує вдосконалення для більш коректного обґрунтування міцності і довговічності елементів 1-го контуру АЕС. У зв’язку з пошуком додаткових резервів міцності при вирішенні питань продовження строків експлуатації обладнання АЕС в теперішній час продовжують розвиватися та вдосконалюватися різні чисельні і експериментальні методики. Ударні випробування зразків Шарпі є одними з найпростіших та недорогих способів визначення механічних властивостей матеріалів. Використання малорозмірних зразків Шарпі дозволяє зекономити метал, що є актуальним, наприклад, при оцінці радіаційного окрихчення металу корпусу реактора АЕС. Але механічні характеристики, отримані в результаті випробувань, залежать від розміру зразка, тому для отримання коректних результатів необхідно побудувати кореляційні залежності між стандартними та малорозмірними зразками Шарпі. В даній роботі було проведено дві серії ударних випробувань стандартних зразків Шарпі та малорозмірних зразків із конструкційної вуглецевої сталі 45 у діапазоні температур -50 ÷ + 150 ° С. Випробування проводились на інструментальному вертикальному копрі, який може фіксувати повну діаграму деформації та руйнування зразка. Результати цих випробувань можуть бути використані для оцінки міцності та довговічності великомасштабних конструкцій. Основною задачею даної роботи є побудова кореляційних залежностей між результатами ударних випробувань стандартних та малорозмірних зразків Шарпі. Проведено аналіз ударних випробувань стандартних зразків Шарпі та малорозмірних зразків зі сталі 45. Побудовано апроксимаційні криві в’язко-крихкого переходу за функцією гіперболічного тангенсу Олдфілда з визначенням параметрів функції.Проведено аналіз відомих кореляційних залежностей між результатами випробувань стандартних зразків Шарпі та малорозмірних зразків. За методикою ORNL проведено калібровку результатів випробувань малорозмірних зразків зі сталі 45 та здійснено зіставлення з результатами випробувань стандартних зразків Шарпі.The object of this paper is a construction of correlation dependences between the results of standard and sub-sized Charpy specimens impact tests. The world experience shows, that the standard basis available in Ukraine needs improvements for more correct interpreting of strength and durability of the nuclear power-station 1-st contour elements. Nowadays different numerical and experimental methods are being developed and improved for solving the problems of broadening the power-stations equipment operation life looking for the additional margin of safety. Charpy specimens impact tests are one of more simple and inexpensive method to determine the mechanical properties of materials. The use of sub-size specimens for radiation embrittlement estimation of NPP’s reactor pressure vessel metal is very relevant due to saving of scarce metal. Material properties obtained from tests depend on the specimen size. It is necessary to build correlation dependencies between standard and sub-size Charpy specimens to obtain conservative results. A two series of Charpy specimens impact test from structural carbon steel 45 were carried out in the temperature range of –50 ÷ +150ºС. Tests were conducted on instrumented vertical impact machine, which can record a full diagram of specimen’s deformation and fracture. The results of these tests can be used to estimate the strength and durability of large-scale structures. An analysis of the impact tests results of standard and sub-size Charpy specimens from steel 45 were carried out. Approximation ductile-brittle transition curves from the function of the Oldfield hyperbolic tangency were constructed with definition of function parameters. The analysis of known correlation dependencies between the results of standard and sub-size Charpy specimens impact tests was carried out. The ORNL method was used to calibrate the test results of sub-size specimens from steel 45 and comparison with the results of standard Charpy specimens was fulfilled.