Возраст металла и как его определить

В практике утилизационных работ иногда бывает важным установить, когда была изготовлена та или иная металлоконструкция. Это, в частности, существенно для выбора способа её утилизации, а также возможности повторного использования тех или иных частей предметов, сданных в металлолом. Как определить «возраст» металла?

Длительная прочность или ползучесть металлоконструкций

Выбор марки стали определяется условиями, в которых будут длительное время работать составляющие узла или агрегата. При этом гарантийный ресурс машины (количество часов наработки на отказ) всегда устанавливается техническим паспортом оборудования. Кроме того, дату изготовления сдаваемого в металлолом оборудования всегда можно определить по табличке, а, если она отсутствует – по клеймам на наиболее ответственных деталях (за исключением быстросменных).

Отобранные для экспертной оценки детали подвергаются испытаниям на длительную прочность или ползучесть.

Ползучесть (по англ. creep – крип) особенность металла изменять свои физико-механические характеристики под влиянием нагрузок, постоянно действующих на него. Различают несколько видов испытаний на ползучесть:

1. Оценка остаточных деформаций образца под действием нагрузок, составляющих не более 10% от тех, на которые изначально была рассчитана металлоконструкция.
2. Определение деформации образца, вырезанного из основной детали узла при повышенных температурах. Для сталей они не должны превышать 300⁰С, но для других металлов, в частности, алюминия и его сплавов, они проводятся при комнатной температуре.
3. Оценка интенсивности релаксации – восстановления размеров образца после проведенных испытаний.

Суть методов основана на том, что любой материал под воздействием постоянно прилагаемых к нему нагрузок «устаёт». Это проявляется в снижении его первоначальных параметров прочности, причём интенсивность такого уменьшения как раз и будет определять время, когда была изготовлена деталь. Таким образом, вопрос – можно ли определить возраст металла – может иметь ответ.

Испытание на ползучесть

Различают две разновидности испытаний заготовок на ползучесть – при нормальной и повышенной температурах. Однако вторая распространена менее. Во-первых, потому, что для этого потребуется более сложная техника, а, во-вторых, потому, что не во всех хозяйственных структурах, которые занимаются подобными проблемами, могут быть созданы условия для точного проведения испытаний.

Последовательность оценки интенсивности ползучести следующая:

• Образец прикрепляется к одному из захватов испытательного оборудования, а ко второму концу прикрепляется груз. В зависимости от размеров образца и возможностей испытательной техники его масса принимается в диапазоне 30…30000 кН;

• После включения оборудования встроенными датчиками фиксируется относительное удлинение образца под нагрузкой;

• При необходимости, образец подгружается пружинными или рычажными нагружателями (используется, главным образом для оценки возраста высокопластичных металлов – меди, алюминия и пр.).

Кривые после испытания на ползучесть

По результатам испытания строятся три вида кривых: кривая разрушающих напряжений, кривая фиксированно заданного удлинения (согласно ГОСТ 3248 в качестве базовой рекомендуется остаточная деформация 0,2%) и кривые зависимости приложенной деформации от времени.

Данный вид испытания является довольно длительным – до 100000 часов, а иногда – и более, но по его результатам можно построить результирующую кривую снижения прочностных показателей металлической детали. После этого кривую экстраполируют (распространяют) в обратной временной последовательности на первоначально известные прочностные параметры металла, из которого был изготовлен образец. Итоговая линия и устанавливает срок изготовления испытанного образца.

Оборудование для испытаний на ползучесть

Приборы для определения возраста металла по интенсивности его ползучести под нагрузкой подразделяют на две группы:

1. Машины с ручной подгрузкой (среди наиболее популярных – 1713П-3/1200).
2. Машины с автоматической подгрузкой (самой современной считается АИМА-5-2).

Установки оборудованы системой автоматической записи деформации при помощи бесконтактных датчиков, при этом сама запись производится с автоматической компенсацией результатов испытаний.

Встроенный вычислительный блок производит обработку полученной информацией с построением кривых ползучести и последующим выводом результатов на экран монитора. Погрешность определения срока, когда был изготовлен образец, обычно не превышает 3…6 месяцев.

Установки для испытаний металла на ползучесть

Можно ли определить возраст металла другим способом? Для конструкций, которые эксплуатировались под открытым небом, а также для образцов из обычной стали, не имевших антикоррозионного покрытия, такая оценка возможна по интенсивности образования ржавчины. Однако метод менее точен, поскольку условия влажности окружающего воздуха не могут быть постоянными.

Для оптически мало поглощающих материалов оценка их возраста может проводиться по изменению спектрального коэффициента отражения. Можно ли анализатором металлов (спектрометром) определить возраст металла? В принципе, можно однако юстировка прибора довольно сложна и трудоёмка, а по стоимости современный масс-спектрометр намного превосходит наиболее сложную технику для испытаний на ползучесть.

ИК-Фурье спектрометр “Vertex 70