TCVN 6874-4:2013 - phần 2

CHÚ DẪN:

1 Lỗ để hút khí và điều chỉnh lưu lượng.

2 Lỗ xả.

3 Chi tiết dạng bích ở phía trên.

4 Lỗ bulông.

5 Vòng bằng thép có độ bền cao.

6 Đĩa.

7 Vòng O.

8 Chi tiết dạng bích phía dưới.

9 Đường vào của khí.

Hình 1 - Thiết bị thử

X Tốc độ tăng áp suất (bar/min).

Y Áp suất phá hủy được hiệu chỉnh (bar).

CHÚ DẪN:

1 Đường cong hồi qui.

2 Áp suất phá hủy được hiệu chỉnh của heli (P'_rHe).

3 Áp suất phá hủy được hiệu chỉnh của hydro (P'_rH2).

Hình 2 - Ví dụ về các áp suất phá hủy được hiệu chỉnh của heli và hydro là một hàm số của tốc độ tăng áp suất

X Tốc độ tăng áp suất (bar/min).

Y P'_rHe/P'_rH2.

CHÚ DẪN:

1 Chỉ số giòn do hydro.

Hình 3 - Ví dụ về tỷ số P'_rHe/P'_rH2 là một hàm số của tốc độ tăng áp suất

5.2. Thử phá hủy cơ học

5.2.1. Nguyên lý của phương pháp thử

Điều này quy định phương pháp xác định hệ số cường độ ứng suất giới hạn (K_1H) đối với khả năng dễ bị nứt của các vật liệu kim loại trong thử khí hydro.

Quy trình bao hàm việc sử dụng các mẫu thử kéo đặc được gia công cơ như đã mô tả trong ISO 7539-6 để xác định hệ số cường độ ứng suất giới hạn như đã mô tả trong TCVN 8286-1:2009 (ISO 7539-1:1987).

Phép thử yêu cầu phải có một mẫu thử chứa một rãnh được gia công cơ. Rãnh này được kéo dài bởi sự tạo thành vết nứt mỏi với tải trọng kéo gia tăng trong quá trình tiếp xúc với môi trường khí hydro có áp. Mục tiêu của thử nghiệm là định lượng các điều kiện trong đó có thể xảy ra sự lan truyền của vết nứt có sự hỗ trợ của môi trường.

Nếu các mẫu thử vượt qua được các yêu cầu của thử nghiệm thì vật liệu được xem là thích hợp đối với các chai chứa khí được nạp hydro có áp.

5.2.2. Tiến hành thử

5.2.2.1. Kiểu mẫu thử

Phép thử yêu cầu phải sử dụng một mẫu thử kéo đặc (CT) phù hợp với dạng hình học được cho trên Hình 4 (Hình 3 của ISO 7539-6:2003) có kích thước W = 26 mm và B bằng chiều dày lớn nhất cho phép bởi độ cong thành chai và chiều dày nhưng không nhỏ hơn 85% chiều dày thiết kế của chai được cấp chứng chỉ. Sự định hướng (Y-X) của mẫu thử so với đường trục của chai được chỉ dẫn trên Hình 5.

Phải thử ít nhất là 2 mẫu thử đối diện nhau theo đường kính từ thành chai. Không cho phép làm phẳng các mẫu thử. Nếu chiều dày mẫu thử không thể đáp ứng được các yêu cầu có hiệu lực của ISO 7539-6 thì phải thử mẫu thử dày nhất như đã quy định ở trên.

Kích thước tính bằng milimét

Các giá trị nhám bề mặt tính bằng micromet

CHÚ DẪN:

Chiều rộng thực = W.

Chiều rộng tổng, C = 1,25W, nhỏ nhất.

Chiều dày, B = 0,5W.

Một nửa chiều cao, H = 0,6 W.

Đường kính lỗ, D = 0,25 W.

Một nửa khoảng cách giữa các mép ngoài của lỗ, F = 1,6 D.

Chiều rộng vành, N = 0,065,W, lớn nhất.

Chiều dài hiệu dụng của rãnh, I = 0,25 W đến 0,40 W.

Chiều dài hiệu dụng của rãnh, a = 0,45 W đến 0,55 W.

Hình 4 - Các kích thước có tỷ lệ và dung sai của các mẫu thử kéo đặc

Hình 5 - Mẫu thử: kiểu và sự định hướng

5.2.2.2. Chuẩn bị mẫu thử

Trước khi tạo thành vết nứt mỏi sơ bộ (ban đầu), tất cả các tiếp điểm và dây dẫn điện yêu cầu cho giám sát vết nứt phải được gắn vào mẫu thử. Mẫu thử phải được làm sạch hoàn toàn khỏi dầu mỡ, đặc biệt là đối với vùng đỉnh của rãnh.

Trong các nguyên công tiếp sau, đặc biệt đối với vết nứt mỏi sơ bộ, mẫu thử không được bị nhiễm bẩn để bảo đảm cho mặt trước của vết nứt phải sạch. Phải tiến hành tạo vết nứt mỏi sơ bộ trong buồng thử có môi trường hydro và các yêu cầu chung được chi tiết hóa trong Điều 6 của ISO 7539-6:2003 về sự bắt đầu và lan truyền vết nứt mỏi phải được đáp ứng. Tải trọng tạo ra vết nứt sơ bộ lớn nhất cuối cùng phải sinh ra cường độ ứng suất lớn nhất cuối cùng thấp hơn cường độ ứng suất ban đầu được yêu cầu cho thử nghiệm.

Khi hoàn thành việc tạo vết nứt mỏi sơ bộ, mẫu thử phải được đo như đã chi tiết hóa trong Điều 7 của ISO 7539-6: 2003 để xác định chiều dày B, chiều rộng W và chiều dài trung bình của vết nứt mỏi sơ bộ (ban đầu) trên các bề mặt mẫu thử. Phải sử dụng giá trị cuối cùng trong các giá trị này để đánh giá tải trọng cần thiết để tạo ra cường độ ứng suất ban đầu được yêu cầu.

Để ngăn ngừa sự oxy hóa tại đỉnh vết nứt, mẫu thử phải được đưa ngay vào thử nghiệm. Nếu vì bất cứ lý do nào yêu cầu này không thể thực hiện được thì mẫu thử phải được bảo quản trong môi trường sạch, khô cho tới khi sẵn sàng cho mẫu thử.

5.2.2.3. Áp suất và độ tinh khiết của khí

Áp suất của hydro trong buồng thử phải là 150 bar với độ sạch của hydro tối thiểu phải là 99,9999 % và O₂ ≤ 3 ml/l. Khí này phải được bảo hiểm bởi chứng chỉ của lô về sự phù hợp.

Theo cách khác, có thể sử dụng khí có độ sạch 99,999 9 % (O₂ ≤ 0,1ml/l và H₂O ≤ 0,5ml/l) và được bảo hiểm với chứng chỉ riêng về sự phù hợp.

5.2.2.4. Thiết bị thử

Các thử nghiệm phải được tiến hành trong một buồng bằng thép không gỉ, được chỉ dẫn cùng với các thanh chất tải và mẫu thử trên Hình 6 và được lắp đặt trên máy thử thủy lực secvo (Hình 7).

Hình 6 - Buồng bằng thép không gỉ có chỉ dẫn các thanh chất tải và mẫu thử.

Hình 7 - Máy thử thủy lực secvo

Sau khi lắp đặt mẫu thử, buồng thử phải được rút khí (tạo chân không) tới áp suất < 130 Pa trước khi dẫn khí hydro vào. Độ tinh khiết của môi trường khí trong buồng thử phải theo quy định trong 5.2.2.3.

Phải phát hiện và giám sát sự bắt đầu và phát triển tiếp sau của vết nứt bằng phương pháp sụt thế của dòng điện một chiều (DCPD).

5.2.2.5. Phương pháp thử

Nếu không có sự hiểu biết trước về hệ số cường độ ứng suất giới hạn của vật liệu thì phép thử phải được bắt đầu bằng sử dụng một tải trọng để tạo ra hệ số cường độ ứng suất 1 MPa.m^0,5 tại đỉnh vết nứt. Mặt khác, có thể bắt đầu thử nghiệm ở một số cường độ ứng suất tương đương với, nhưng không vượt quá 50 % hệ số cường độ ứng suất thu được từ công trình trước đây.

Phải ghi lại tải trọng tác dụng một cách liên tục. Mẫu thử phải được giữ ở tải trọng ban đầu trong thời gian tối thiểu là 20 min để cho phép vết nứt phát triển ở nhiệt độ phòng. Nếu không phát hiện được sự phát triển của vết nứt tại lúc kết thúc giai đoạn tải trọng được minh chứng bằng đoạn bằng trên đường cong sụt thế thì tải trọng phải được tăng lên với tốc độ có kiểm soát tới mức tương đương với độ tăng của hệ số cường độ ứng suất tại đỉnh vết nứt 1 MPa.m^0,5 và giữ mẫu thử ở tải trọng này thêm 20 min nữa. Quy trình này phải tiếp tục tới khi xảy ra sự phá hủy với tải trọng thích hợp được ghi trên tờ dữ liệu thử.

Tải trọng phải được tăng lên tại lúc kết thúc giai đoạn duy trì tải trọng bằng bộ điều khiển secvo với tốc độ không thay đổi 2 x 10^-3kNs^-1, tới khi đạt được cường độ ứng suất yêu cầu tại đỉnh vết nứt cho giai đoạn duy trì tải trọng tiếp sau. Điều này có thể dẫn đến độ tăng có kiểm soát của hệ số cường độ ứng suất tại đỉnh vết nứt tổng cộng là 1MPa.m^0,5 trong khoảng thời gian xấp xỉ 1 mm, với chiều dày mẫu thử 7 mm và a/W bằng 0,5.

5.2.2.6. Đo mẫu thử

Mẫu thử phải được kiểm tra lại phù hợp với ISO 7539-6 với các phép đo thích hợp được thực hiện tới 0,01 mm bằng đường kính hiển vi dịch chuyển.

5.2.3. Kết quả thử

5.2.3.1. Phân tích và các chuẩn (tiêu chí) nghiệm thu

Việc tính toán kết quả thử phải theo quy định trong ISO 7539-6 thông qua mối quan hệ có dạng

K_1H = YP/BW^0,5

Tải trọng P được sử dụng trong tính toán là tải trọng tác dụng lên mẫu thử trước độ tăng cuối cùng gây ra phá hủy.

Với điều kiện là các giá trị K_1H của cả hai mẫu thử CT lớn hơn hoặc bằng (60/950) x R_m (MPa.m^0,5), vật liệu được cấp chứng chỉ cho giới hạn bền kéo dài lớn nhất (R_m) bằng giá trị trung bình của hai giá trị giới hạn bền kéo thu được trong 5.4. Nếu không đáp ứng được yêu cầu có hiệu lực bắt buộc của 5.2.2.1 thì vật liệu thích hợp đến chiều dày thiết kế của chai chứa khí được thử.

5.2.3.2. Báo cáo thử

Phải báo cáo các điều kiện thử chi tiết [độ tinh khiết và áp suất của khí, bản ghi chép về độ sụt thế của dòng điện một chiều (DCPD) và kích thước của mẫu thử, K_1H và R_m (xem 5.4) và bản vẽ thiết kế của chai], bao gồm cả tính chất của vật liệu và thành phần hóa học và các điều kiện xử lý nhiệt của chai chứa khí được thử.

5.3. Phương pháp thử để xác định độ bền chống tạo thành vết nứt do hydro của chai chứa khí bằng thép (phương pháp C)

5.3.1. Quy định chung

Một mẫu thử có vết nứt mỏi sơ bộ được chất tải với một tải trọng không đổi hoặc phương pháp chuyển vị không đổi tới khi cường độ ứng suất K_IAPP bằng một giá trị xác định. Mẫu thử được giữ ở trạng thái có tải trọng một thời gian quy định trong khí hydro có áp, ở nhiệt độ phòng. Sau giai đoạn thử nghiệm, mẫu thử được kiểm tra xem vết nứt mỏi ban đầu có phát triển hay không phát triển.

Nếu mẫu thử có lượng tăng trưởng vết nứt nhỏ hơn hoặc bằng giá trị quy định thì vật liệu được xem là thích hợp cho các chai chứa khí về yêu cầu độ bền chống tạo thành vết nứt do hydro (HAC).

Phải tiến hành thử nghiệm bằng việc sử dụng các qui tắc áp dụng của ISO 7539-6 và các qui tắc bổ sung được quy định trong tiêu chuẩn này. Không cần thiết phải thỏa mãn các qui tắc được đưa ra trong ISO 7539-6 về môi trường ăn mòn. Một số ký hiệu sử dụng trong phương pháp này được cho trong Điều 3 của ISO 7539-6:2003.

5.3.2. Các dạng mẫu thử và số lượng các thử nghiệm

5.3.2.1. Mẫu thử đứt gãy

5.3.2.1.1. Phải sử dụng dạng hình học của mẫu thử kéo đặc (CT) được cho trên Hình 4 (Hình 3 của ISO 7539-6:2003). Chiều dày của mẫu thử không được nhỏ hơn 85 % chiều dày thiết kế của chai chứa khí đã được cấp chứng chỉ.

5.3.2.1.2. Mẫu thử phải được định hướng theo Y-X trên Hình 15 của ISO 7539-6:2003, đối với tiết diện hình chữ nhật.

5.3.2.1.3. Phải thử ít nhất là ba mẫu thử được lấy cách nhau 120° từ thành hình trụ của chai chứa khí. Không cho phép làm phẳng các phôi mẫu thử.

5.3.2.1.4. Nếu chiều dày mẫu thử không đạt được từ vị trí hoặc các vị trí quy định để đáp ứng các yêu cầu có hiệu lực của 5.3.4.6 thì phải tiến hành thử nghiệm với mẫu thử có chiều dày lớn nhất tới mức có thể.

5.3.2.2. Mẫu thử kéo

Phải sử dụng ba mẫu thử kéo theo chiều dọc được lấy liền kề với các mẫu thử CT từ vùng thành chai theo TCVN 7388-1 (ISO 9809-1).

5.3.3. Tạo thành vết nứt mỏi sơ bộ (ban đầu)

Phải đáp ứng tất cả các qui tắc được đưa ra trong Điều 6 của ISO 7539-6:2003.

5.3.4. Phương pháp thử mẫu

5.3.4.1. Tất cả các qui tắc trong Điều 7 của ISO 7539-6:2003 phải được đáp ứng trừ các qui tắc trong 7.2.2, 7.2.6, 7.5.1, 7.5.2, 7.5.4 và 7.5.5.

5.3.4.2. Chất tải cho các mẫu thử có vết nứt mỏi sơ bộ để đạt tới cường độ ứng suất K_IAPP = (60)*(R_m/950).

Các mẫu thử có thể được chất tải bằng phương pháp chuyển vị không đổi hoặc tải không đổi thích hợp,

5.3.4.3. Các mẫu thử có thể được chất tải bằng phương pháp chuyển vị không đổi, phải xác định tải trọng bằng phương pháp sau:

1. a) Tại lúc kết thúc thử nghiệm, ghi lại chuyển vị của khe hở miệng vết nứt (CMOD) trước khi đỡ tải.
2. b) Dỡ tải mẫu thử
3. c) Chất tải lại cho mẫu thử tới khi chuyển vị của khe hở miệng vết nứt (CMOD) đo được trong một thiết bị thích hợp cho đo tải trọng. Ghi lại tải trọng này và sử dụng tải trọng này trong các tính toán K_IAPP. Trị số K_IAPP được tính toán này phải bằng hoặc lớn hơn trị số K_IAPP được tính toán từ 5.3.4.2.

5.3.4.4. Chất tải bằng chuyển vị không đổi

Để thử nghiệm các mẫu thử kéo đặc (CT) với sự chất tải bằng chuyển vị không đổi cần sử dụng các phương trình sau:

trong đó

f(x) = (1-x)^0,5 (0,748 - 2,176x + 3,53x² - 2,55x³ + 0,62x⁴)

5.3.4.5. Điều kiện chất tải không đổi

Phải sử dụng các phương trình hệ số cường độ ứng suất được đưa ra trong ISO 7539-6 trong thử nghiệm các mẫu thử CT với phương pháp thử tải trọng không đổi.

5.3.4.6. Tất cả các mẫu thử phải đáp ứng các yêu cầu có hiệu lực được quy định trong 7.6.6 e) của ISO 7539-6:2003, ngoại trừ các điều kiện đã được miễn trừ trong 5.3.4.1.

5.3.5. Tiến hành thử

5.3.5.1. Đặt các mẫu thử trong một buồng thử có áp suất cao

CHÚ THÍCH: Các khoảng thời gian kéo dài sau khi chất tải và trước khi tiếp xúc với khí hydro có thể ảnh hưởng đến các kết quả cuối cùng.

Rút khí (làm chân không) cho buồng thử có thể loại bất cứ các vết không khí hoặc hơi ẩm nào do các thành buồng hấp thụ. Có thể sử dụng việc làm sạch với khí thử bằng bơm chân không để nâng cao hiệu quả làm sạch.

Tăng áp cho buồng thử có khí hydro tới áp suất tối thiểu là 150 bar. Hàm lượng O₂ trong khí hydro không được vượt quá 1 ml/l và hàm lượng nước không được vượt quá 3 ml/l.

5.3.5.2. Các mẫu thử phải được thử trong thời gian ít nhất là 1000h ở nhiệt độ phòng.

3.5.6. Kiểm tra sự phát triển của vết nứt

5.3.6.1. Sau khoảng thời gian thử quy định, dỡ tải cho mẫu thử và đánh dấu sự tăng trưởng của tạo thành vết nứt do hydro (HAC) khi sử dụng một trong các phương pháp sau:

a) Tạo mẫu bằng nhiệt cho mẫu thử ở khoảng 300 °C trong thời gian 30 min.

b) Thực hiện chu trình ứng suất mỏi ở hệ số cường độ ứng suất lớn nhất không vượt quá 0,6 K_IAPP. Làm tăng vết nứt lên ít nhất là 1 mm.

c) Phá hủy mẫu thử có nhiệt độ rất thấp như nhiệt độ của nitơ lỏ

5.3.6.2. Đo độ tăng trưởng của vết nứt bằng kính hiển vi điện tử quét. Các số đo phải được lấy ở vị trí vuông góc với vết nứt ban đầu tại 25%, 50% và 75% của B. Tính toán giá trị trung bình của ba giá trị này.

5.2.6.3. Nếu độ tăng trưởng trung bình đo được của vết nứt không vượt quá 0,25 mm thì mẫu thử vượt qua được thử nghiệm.

5.3.7. Cấp chứng chỉ vật liệu làm chai

5.3.7.1. Nếu tất cả các mẫu thử vượt qua được thử nghiệm, vật liệu được cấp chứng chỉ đối với giới hạn bền kéo lớn nhất bằng giá trị trung bình của ba giá trị giới hạn bền kéo thu được từ 5.3.3.2.

5.3.7.2. Nếu không đáp ứng được yêu cầu có hiệu lực bắt buộc của 5.3.4.6 thì vật liệu phải thích hợp với chiều dày thiết kế của thành chai.

5.3.8. Báo cáo thử nghiệm

Phải báo cáo các thông tin được mô tả trong ISO 7539-6:2003, Điều 8, trừ 8e). Báo cáo phải chỉ ra các tiêu chí có hiệu lực có được đáp ứng hay không và phải bao gồm các ảnh chụp cấu trúc tế vi trên kính hiển vi điện tử quét. Báo cáo phải được lưu trữ lâu dài trên tệp tin (file) như là hồ sơ về vật liệu chai đã được thử nghiệm và được chấp nhận.

5.4. Thử kéo

Phải thử nghiệm hai mẫu thử kéo theo chiều dọc được lấy liền kề với các mẫu thử CT (nếu có thể áp dụng được) từ vùng thành chai phù hợp với TCVN 7388-1 (ISO 9809-1).

Xem lại: TCVN 6874-4:2013 - phần 1

Sưu tầm và biên soạn bởi: https://honto.vn