Глава / . КАЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

СКЛОННОСТИ МАТЕРИАЛОВ

КХРУП КО М У РАЗРУШ ЕНИЮ

1.Испытания стандартных образцов на ударную вязкость

Основным наиболее распространенным качественным методом срав­ нительной оценки склонности материалов к хрупкому разрушению явля­ ется метод сериальных испытаний на ударную вязкость при различных температурах по ГОСТ 9 4 5 4 -6 0 образцов сечением 10 х 10 мм с различной остротой надреза. Наибольшее распространение в СССР получи­

ударную вязкость, с эксплуатационными условиями работы конструкций представляется возможным выявить в ряде случаев лишь при анализе большого количества эксплуатационных разрушений. Так, например, п о ­ сле упомянутых разрушений сварных судов типа "Либерти" был прове­ ден ряд исследований снятых с судов разрушенных и неразрушенных плит при температурах, которые наблюдались в момент разрушения су­

вах плит с начальными признаками разрушения, плит, которые пересе­ кались трещинами, и плит, в которых трещины останавливались. Ока­ залось, что на плитах с начальными признаками разрушения была по­ лучена наиболее высокая переходная температура хрупкости по уровню ударной вязкости &и = 3 кГм/см^. Усредненная ударная вязкость этих плит, измеренная на образцах Шарли с К-образным надрезом при тем­ пературе разрушения судна, была самая низкая (&н = 1,1 кГм/см^).

В плитах, пересекаемых трещинами, и в плитах, в которых трещины

имели ударную вязкость более 1,8 кГм/см^, и максимальная величина ударной вязкости в одной из плит была равна 1 ,9 кГм/см^.

Таким образом, установленная опытная зависимость позволила сделасть вывод, что опасность хрупкого разрушения может быть умень­ шена, если корабельные плиты будут иметь ударную вязкость на образ­ цах Шарли с К-образным надрезом не менее 1 ,75 кГм/см^ При ми­ нимальный температуре эксплуатации. Однако следует отметить, что такой вывод справедлив лишь для листов толщиной не более 32 мм из спокойной стали, содержащей 0,25% углерода и 0,45% марганца.

Было также найдено, что показатели сопротивления разрушению су­ щественно зависят от толщины плит, химического состава стали и от того, на каком заводе эти плиты были изготовлены. Поэтому отмечен­ ные выше зависимости требуют тщательного изучения и, возможно, соответствующих изменений при использовании в других условиях.

По результатам ударных испытаний представляется возможным опре. делить Переходную температуру хрупкости, которая служит критерием качественной, сравнительной оценки склонности материалов к хрупкому разрушению. Переходная температура может быть определена либо по конкретным значениям ударной вязкости, либо по виду излома. Эти два способа определения переходной температуры неравнозначны. Авторами

ных роторов и из сварного соединения этой стали, выполненного элект­ родом ЦЛ -30. Надрезы наносили по основному и наплавленному метал­ лу, а также в околошовной зоне. По полученным данным строили зави­ симости ударной вязкости и процента вязкого волокна в изломе от температуры испытаний. На рис. 4 -7 приведены указанные зависимости Анализ этих зависимостей показывает, что для исследованных материа­ лов кривые, полученные по результатам испытаний образцов различных типов, располагаются в обычном порядке в зависимости от остроты надреза.

Оценка переходных температур хрупкости по конкретному значению

температур существенно уменьшается и для тех же образцов составляет

ла переходных температур для образцов исследованных типов. Послед­

дует отметить, что рекомендация определения переходной температуры хрупкости по 50% вязкого волокна в изломе связана также и с тем, что при этом значении наблюдается наиболее крутой перепад темпера­ турной зависимости вязкой составляющей в изломе и поэтому наимень­ шая погрешность при определении переходной температуры.

Разрушение образцов при испытаниях на ударную вязкость происхо­ дит в весьма тяжелых условиях (ударная нагрузка, объемное напряжен­ ное состояние). Однако такие конструкции, как сосуды давления, вра­ щающиеся элементы машин и многие другие, работают в условиях ста­ тического нагружения и практически не подвергаются ударному нагру­ жению. Материал таких конструкций в ряде случаев может работать вполне удовлетворительно при температурах в области Кроме того, материалы, обладающие различным сопротивлением разрушению и резко различающиеся по способности к пластической деформации в вер-

Р и с. 4. Зависимость ударной вязкости (а) и процента вязкого волок­ на в изломе (б) от температуры испытаний (1, 2, 3 - соответствен­ но образцы с надрезом I типа, с надрезом IV типа и с усталостной трещиной); наплавленный металл шва, выполненного ручной сваркой электродом ЦЛ-30

Рис. 5. То же, что и на рис. 4. Образцы из стали 34ХМА с надреза­ ми в околошовной зоне сварного шва, выполненного ручной сваркой электродом ЦЛ-30

шине надрезов, могут иметь одинаковую ударную вязкость. Таким об­ разом, с помощью стандартных испытаний образцов на ударную вяз­ кость, несмотря на простоту и легкость их проведения, можно полу­ чить лишь сравнительные сведения о качестве металла с точки зрения его соответствия техническим требованиям, определенным из опыта эксплуатации, и поэтому не представляется возможным оценить дейст^- вительные служебные свойства конструкции.

Однако использование инженерного опыта анализа эксплуатационных разрушений привело к созданию методов быстрого, но грубо ориентиро­ вочного выбора материалов при проектировании конструкций по данным испытаний на ударную вязкость. Например, в работе [9 ] изложен ме­ тод, основанный на определении условных чисел для выбора стали, ко­ торым соответствуют конкретные значения переходных температур хрупкости, оцениваемые по величине ударной вязкости на образцах Шарли с [/-образным надрезом при CL = 3,5 кГм/см^, и марки сталей.

грузках; типы нагрузок (пневматические или механические) и характер нагружения (статическое, динамическое или циклическое);

5 ) гарантированный уровень надежности против нестабильного раз­ рушения в зависимости от серьезности последствий;

6 ) минимальную температуру эксплуатации конструкции.

Марка стали выбирается по полученному условному числу на основа­ нии данных, приведенных в табл. 1.

Порядок определения условного числа состоит D следующем.

1. Основное число принимается равным минимальной рабочей тем­ пературе конструкции плюс 5 5 .

2. Влияние толщины. К числу пункта 1 прибавляется число, соот­ ветствующее максимальной толщине листовых элементов конструкции,

3. Влияние уровня напряжений. К числу пункта 2 прибавляется чис­

4. Влияние типа нагружения. При статическом нагружении число пункта 3 не изменяется, а при наличии динамической или циклической

5. Влияние остаточных напряжений. Если конструкция после изго­ товления не термообрабатывается, допуск не добавляется. В случае, если сварочные напряжения практически снимаются при термообработке и местные напряжения при последующем изготовлении в конструкции не возникают, к числу пункта 4 добавляется число 60 .

6. Уровень надежности. Приведенные выше оценки пригодны для конструкций, в которых разрушение не опасно. Если разрушение кон­ струкции будет иметь серьезные последствия, может быть обеспечен более высокий уровень надежности уменьшением числа для выбора ста­ ли. Так, для конструкции, требующей повышенной безопасности, к чис­

для работы при напряжениях 11 кГ/мм^, причем наиболее низкая ра­ бочая температура равна -3 0 °С . Сосуд не несет динамической или циклической нагрузки и не требует специальных мер при оценке экс­ плуатационной надежности.

Если сосуд давления изготавливается сварным и термообработка его не проводится, получаются числа для выбора марки стали и опре-

Метод Гуляева [2 5 ] не соответствует общим представлениям о разрушении при ударных нагрузках и не подтверждается эксперименталь­ но, так как не обнаружено линейной зависимости изменения ударной вязкости при уменьшении радиуса кривизны в вершине надреза. Точ­ ность определения ар по методикам Гуляева и Лившица-Рахманова [27] значительно меньше по сравнению с другими методами. Однако, как отмечается в некоторых работах, опубликованных в журнале 'Заводская лаборатория' в период дискуссии, рекомендовать к использованию ка­ кой-либо определенный метод затруднительно, поскольку все они имеют свои недостатки и применение их может быть обусловлено практической целесообразностью.

Следует подробнее остановиться на методике определения составляю­ щих по испытаниям образцов с надрезом IV типа и с предварительно нанесенной усталостной трещиной [2 4 ] . Величина (Хр в этом случае связана с долей вязкой составляющей в изломе и при полностью хруп­ ком изломе близка к нулю [2 9 ] Поэтому оценка склонности материа­ лов по работе распространения трещины эквивалентна оценке по реко­ мендованному выше критерию, основанному на виде поверхности излома. Работу зарождения разрушения (X3 использовать в качестве меры

склонно.сти материала к хрупкому разрушению нельзя, поскольку изме­