книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин

туры, определяющей выход кривой о/вт — / (Т) на горизон­ таль. По нашему мнению, это должно определяться параметра­ ми надреза. Судя по достаточно высоким средним напряжениям, при которых наблюдалось разрушение пластин с остаточными напряжениями (около 0,5 оу), температура, которую Веллс принял за критическую по результатам испытаний лишь одного образца, на самом деле лежала несколько выше критической.

Вы во ды

1.Критическая температура хрупкости для сталей марок Ст. 4 и СХЛ-4, определенная на больших пластинах с внутрен­ ними надрезами предельной остроты (г = 5—8 мк) по количест­ ву волокна в изломе (70%), лежит приблизительно на 20° выше критической температуры хрупкости Г к.д.с, определенной на образцах типа Менаже с острым надрезом при статическом из­ гибе, и приблизительно совпадает с критической температурой

хрупкости Тк,б, определенной на гибовых пробах в полную тол­ щину листа.

2. Определен уровень напряжений, при которых в листовых конструкциях может распространяться хрупкая трещина. Для температур ниже критической температуры хрупкости !ГК.Д.С это напряжение для сталей марок Ст. 4 и СХЛ-4 при толщинах 10— 20 мм составлет около 0,25—0,30 от предела текучести и не за­ висит от дальнейшего понижения температуры и изменения вели­

повышение напряжений, необходимых для распространения хрупкой трещины. Увеличение толщины листов и запаса уп­ ругой энергии приводит к смещению кривой зависимости раз­ рушающих напряжений от температуры в область более высо­ ких температур.

4. При температурах, равных или выше критической темпе­ ратуры хрупкости Г к.6, трещина в листовых конструкциях может распространяться при средних напряжениях около 0,9 от предела текучести.

5. Показано, что остаточные напряжения растяжения, нап­ равленные вдоль действия внешней нагрузки, могут снизить прочность конструкции при температуре ниже критической.

6. Полученные данные могут быть использованы для оценки силового запаса конструкций из исследованных марок сталей при заданной температуре эксплуатации.

6.Я- В. Ф р и д м а н . Оценка опасности разрушения машиностроительных материалов. — В сб. «Теоретические основы конструирования машин». 1957.

10.С. С. К а н ф о р. Корпусная сталь. Судпромгиз. 1960.

А. С. РАХМАНОВ, Л. С. ЛИВШИЦ

Хрупкое разрушение является сложным процессом, проте­ кающим в две стадии и состоящим из зарождения и развития тре­ щины [1—5].

Некоторые из имеющихся методов позволяют в той или иной степени оценить поведение металла при названных стадиях хруп­ кого разрушения. Так, например, при испытании на статический изгиб [1 ] по диаграмме нагрузка—прогиб возможно опреде­ лить численное значение энергии, затраченной как на зарожде­ ние, так и на развитие трещины. Однако при этом методе испы­ таний нагрузка, действующая на образец, является статической, а не динамической. Это обстоятельно не позволяет учесть влияния важнейшего «фактора скорости», создающего условия для пе­ рехода металла в хрупкое состояние. При испытании на удар­ ную вязкость учитывается влияние основных факторов, способ­ ствующих переходу металла в хрупкое состояние. Однако при этом способе испытаний, помимо численного значения суммар­ ной величины энергии, затраченной на разрушение образца, не удается получить каких-либо дополнительных сведений о металле.

Рекомендуемый метод позволяет учесть влияние основных факторов, способствующих переходу металла в хрупкое состоя­ ние, и обеспечивает возможность получения цифровых значений, характеризующих стойкость металла против зарождения и раз­ вития очага разрушения.

Методика испытаний была выбрана, исходя из предположения, что пластичность металла на различных стадиях хрупкого раз­ рушения проявляется неодинаково. Сущность метода заключает­ ся в испытании образцов на ударный изгиб при различной ве­ личине приложенной энергии [61.

гии, потребная для изгиба. Вследствие этого нарушается пря­ молинейный характер зависимости рассматриваемых парамет­ ров. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к полному разрушению образцов, однако угол изгиба этих образцов ока­ зывается равным а ша7:. Проведенные испытания позволили ус­ тановить, что в начальной стадии ударного нагружения, когда происходит упругий изгиб образцов, энергия маятника расхо­ дуется только на упругую деформацию. Последующее увеличе­ ние ударной нагрузки сопряжено с упруго-пластической дефор­ мацией, которая происходит до тех пор, пока не начинается про­ цесс отделения одной половины образца от другой. На этой стадии нагружения энергия маятника затрачивается на изгиб об­ разца. На конечном этапе нагружения внешняя энергия расхо­ дуется на развитие очага разрушения. Численное значение энергии,, затраченной на каждой из перечисленных стадий нагру­ жения, определяется по графику (см', рис. 1), который, как пока­ зали последующие опыты, является типичным. Таким образом,

А и = А у + Л П-|-А р .

Поскольку величина работы упругой деформации незначи­ тельна, порядка 0,1 кгс • м, можно рассматривать сумму зна­ чений работ упругой и упруго-пластической деформации как одну характеристику металла — работу деформации, т. е.

А л — А у - \ - А а.

В этом случае

Разделив правую и левую часть уравнения (1) на площадь попе­ речного сечения образцов, получим удельные значения состав­ ляющих ударной вязкости:

то работой деформации и работой разрушения.

Для того чтобы определить, какие свойства металла связа­ ны с работой деформации и работой разрушения, были испыта­ ны образцы из стали марки Ст. Зкп с острым надрезом для лока­ лизации напряжений и образцы из стали марки 12МХ со стандартным надрезом типа Менаже. Наряду с определением величин работы деформации и работы разрушения при проведе­ нии опытов фиксировалась также и энергия, при которой за-

Анализ полученных результатов показал, что на последних стадиях деформации в основании надреза образцов появляются трещины, имеющие небольшую глубину. Таким образом, деформация образца характеризуется не только его изгибом но и зарождением трещины, способной служить очагом разру шения. Другими словами, величина работы деформации опре деляет способность металла сопротивляться зарождению тре щины (а3 ), а величина работы разрушения — способность метал ла противостоять ее развитию (ар). Иначе говоря, по величине составляющих ударной вязкости можно судить о различных формах проявления хрупкости.

Чем меньшую работу деформации имеет металл, тем больше вероятность образования в нем трещин. В том случае, когда работа разрушения близка к нулю, возможно хрупкое разруше­ ние материала, поскольку в этом случае трещина, возникшая по тем или иным причинам, сможет свободно развиваться, не тре­ буя для этого практически никакой дополнительной энергии.

Понижение температуры испытаний или увеличение скорос­ ти приложения нагрузки являются одним из основных факторов, способствующих переходу металла в хрупкое состояние. На рис. 2 показана зависимость величин составляющих ударной вязкости от температуры испытаний.

В области температур (рис. 2), при которых работа разру­ шения является практически постоянной, увеличение скорости приложения нагрузки до 5,5 м/сек не влияет на изменение ве­ личин-составляющих ударной вязкости. В диапазоне темпе­ ратур, при которых работа разрушения уменьшается, увели­ чение скорости приложения нагрузки способствует уменьшению величин-составляющих ударной вязкости. В том случае, когда работа разрушения практически равна нулю, с увеличением приложенной энергии работа зарождения трещины резко умень­ шается.

В результате проведенных испытаний можно сделать заклю­ чение, что по величине ударной вязкости нельзя получить дос­ таточно полного представления о склонности металла к хрупкости. Поскольку температуры, при которых или а3 или ар ста­ новятся ничтожно малыми по величине, могут не совпадать, мож­ но констатировать, что высокое значение ударной вязкости толь­ ко тогда свидетельствует о стойкости металла против хрупкого разрушения, когда оно обусловливается соизмеримыми величи­ нами с3 и а р. В противном случае металл окажется склонным либо к зарождению, либо к развитию очага разрушения.

Роль надреза при ударных испытаниях образцов на изгиб

Наличие дефектов приводит к созданию в основании концент­ ратора сложно напряженного состояния и повышению склонности металла к хрупкому разрушению.

Для установления влияния остроты надреза на величины составляющих ударной вязкости были произведены испытания образцов из стали Ст. 19Г и стали Ст. Зкп.

Надрезы на образцах были 2 типов: стандартные (Менаже) и треугольные глубиной 2 мм с углом 15° при радиусе в основа­ нии 0,3 мм.

Результаты испытаний представлены в таблице.

На образцах с острым надрезом трещины появляются при меньшем угле изгиба и меньшей поглощенной энергии, чем на образцах с круглым надрезом. Величина работы развития тре­ щины, определенная на образцах с <зстрым и круглым надрезом, получилась практически одинаковой.

Исходя из влияния формы надреза на ударных образцах, мож­ но определять чувствительность того или иного материала к над­ резу по отношению

где к„ — безразмерный коэффициент, характеризующий чув­ ствительность материала к надрезу;

о'э — работа зарождения трещины, определенная на образцах,

Оценка свойств металла и, в частности, его хрупкости по виду излома (проценту волокнистости в изломе) представляет 1 несомненный интерес прежде всего в связи с простотой и доступ­ ностью метода. Однако для того чтобы вопользоватьсяэтим ме-

При сравнении волокнистости излома с величиной ударной вязкости и ее составляющих видно, что аналогично виду излома изменяется только работа разрушения (рис. 3) В то же время вид излома совершенно не показателен для определения стой- , кости металла к зарождению трещины. Таким образом, вид из­ лома, не будучи связанным с одной из составляющих ударной вязкости (а3), не характеризует и хрупкости в целом.

Вид излома может быть использован как критерий оценки склонности металла к распространению разрушения. Чем луч­ ше металл сопротивляется развитию трещины, гем большую во локнистость имеют изломы разрушенных образцов.

Однако одинаковая работа разрушения у различных сталей характеризуется различной волокнистостью излома.

Для оценки склонности металла к зарождению трещин вид излома не является показательным.

Применение методики для оценки свойства меди, сплавов алюминия и аустенитной стали

Для установления возможности применения разработанной методики при оценке свойств различных материалов были испы­ таны медь электролитическая, сплавы алюминия марок АМг, Д-16Т, В-92Т и нержавеющая аустенитная хромо-никелевая сталь марки 1Х18Н9Т.

Было установлено, что при испытании образцов, изготовлен­ ных из рассматриваемых материалов, зависимость углов изгиба