книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин

Влияние переменных факторов на э лирические значения коэффициентов уравнения (3)

Проделанные нами опыты математического описания различ­ ных экспериментальных зависимостей ударной вязкости от тем­ пературы испытания показали, что выбранное уравнение впол­ не подходит для описания влияния различных факторов на хладостой кость сталей через изменение коэффициентов этого уравнения.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Н. Г. Б у х в о с т о в а , К. В. П о п о в . Изв. вузов. Черная метал­

временно выходит из эксплуатации вследствие хрупких изломов. Исследования показали, что ударная вязкость металла таких автосцепок в среднем ниже, чем металла автосцепок, вышедших из строя вследствие износа.

Изношенные поверхности автосцепки восстанавливаются электронаплавкой. В сварных конструкциях трудно избежать концентрации напряжений и всегда можно ожидать наличие небольших трещин [1, 2]. Такие трещины, а также «горячие» трещины, которые могут возникнуть при кристаллизации от­ ливки, являются очень острыми повреждениями и во многих случаях могут быть причиной хрупкого разрушения в эксплуа­ тации. Необходимо, чтобы основной металл не давал возмож­ ности распространяться таким трещинам.

Для оценки надежности против хрупкого разрушения широ­ кое распространение получил метод серийных ударных испыта­ ний образцов при различных температурах с определением так называемой критической температуры хрупкости, разработан­ ный Н. Н. Давиденковым и большой группой его учеников. Эти испытания, как правило, проводятся с образцами и надрезами определенной формы. Однако работы Т. И. Владимирского [3 и др.] показали, что при изучении вязкости катаной стали дейст­ вие факторов формы не может быть предсказано на основании лишь температурных испытаний при сохранении постоянства формы. Имеются стали, сравнительно слабо реагирующие на изменение остроты надреза ударных образцов. Имеются также

стали, чувствительные к надрезу, для которых изменение остро­ ты надреза оказывает большое влияние на величину ударной вязкости.

Нами изучена чувствительность литых сталей к хрупкости при изменении одного из факторов формы — остроты надреза. Для исследования была использована углеродистая и низколе­ гированная основная мартеновская сталь и углеродистая сталь тяговых хомутов автосцепки под условными номерами КЗ, К4 и К7, полученных из Китайской Народной Республики

стали марки 15ГЛ находится в пределах 1,3— 1,6%. Пробы пли­ ты и тяговые хомуты, из которых вырезались ударные образцы, были подвергнуты на заводах-поставщиках нормализации.

Ударные образцы размером 10 X 10 X 55 мм снабжались надрезом одинаковой глубины, но имели различные радиусы г закругления, а именно — 1 мм, 0,5зш, 0,01 мм. Два первых надреза делали путем сверления отверстий с последующей раз­ делкой оставшейся перемычки. Острый надрез выполнялся вдавливанием в образец специального пуансона. Боковые плос­ кости пуансона были расположены под углом 30°, острие пуан­ сона имело закругление радиусом 0,1 мм. После вдавливания пуансона на глубину 2 мм и снятия боковых наплывов образцы подвергались сдавливанию на газопрессовом станке после нагрева газовым пламенем. Затем образцы подвергались нормализаций од 920° Подобной же термообработке, т. е. нор­ мализации, подвергались все образцы данной серии с надрезами

Величина феррито-перлитного зерна в состоянии пост вки и после дополнительной нормализации

разной остроты. Другая группа образцов была подвергнута за­ калке при 920° и отпуску при 650° (для легированных сталей с послздующей замочкой в воде). Для предотвращения окисления об­ разцы при нагреве в печи засыпались чугунной стружкой. Выдер­ жка при температуре нагрева осуществлялась в течение 30 мин.

образца

Микроструктура стали после дополнительной нормализации ударных образцов состояла из феррита и сорбитообразного пер­ лита, при этом величина феррито-перлитного зерна уменьшилась по сравнению с состоянием поставки, т. е. с величиной зерна после нормализации целых плит и тяговых хомутов, что харак­ теризуется данными табл. 2. После закалки и отпуска микро­ структура образцов плавок У1 и У2 состояла из сорбита и фер­ рита, плавок ХЗ и Х4 — сорбита и отдельных выделений фер­ рита. Для каждого варианта было испытано по 4 образца. Сред­

кости приведены в табл. 3. За начало критического интервала хрупкости ( Т кр) была принята температура, при которой удар­ ная вязкость одного из образцов была менее 2 кгс • м/см2, за конец (7’Хр) — температура, при которой ударная вязкость каж­ дого из испытанных образцов данной серии была менее 2 кгс-м/см1. Разницей между этими величинами (Гкр— Гхр) опре­ делялась величина критического интервала хрупкости.

Результаты испытания стали плавки У1 показывают, что критическая температура хрупкости, равная —40° при радиусе надреза 1 мм, не изменилась для образцов с надрезом г = 0,5 мм, но повысилась до минус 20° при надрезе г = 0,01 мм. Разница между критическими температурами хрупкости при остром и стандартном надрезах составляет 20°. При увеличении остроты надреза от г = 1 мм до г = 0,01 мм величина ударной вязкости при комнатной температуре не понизилась.

Ударная вязкость стали плавки У2 при уменьшении радиуса закругления надреза от 1 до 0,01 мм не снизилась. Однако кри­ тическая температура хрупкости повысилась от минус 60° до минус 20°, т. е. на 40° При г = 0,5 мм критическая температу­ ра хрупкости заняла промежуточное положение — минус 40°.

Следующая серия испытаний проведена с литой углеродистой сталью тяговых хомутов КНР. С увеличением остроты надреза от г — 1 до г = 0,01 мм критическая температура хрупкости стали КЗ повысилась от — 50° до — 10°. Для стали К4 при та­ ком же изменении остроты надреза критическая температура хрупкости повысилась с — 30° до — 10°. Для стали К7 умень­ шение радиуса надреза от 1 до 0,01 мм повысило критическую температуру хрупкости от —60° до —20, т. е. на 40°.

Легированная марганцем сталь марки 15ГЛ плавок 1Г, У5 и У6 оказалась наименее чувствительной к надрезу, а крити­ ческая температура хрупкости при увеличении остроты надреза от г = 1 мм до г = 0,01 мм повысилась не более чем на 10°. Дополнительное легирование такой стали кремнием (стали

15ГСЛ плавки ЗГ) по­ высило чувствитель­ ность ее к надрезу.

Результаты опреде­ ления ударной вязкости углеродистой стали пла­ вок У1 и К4 и марганцо­ вистой 1Г представлены на диаграммах рис. 1—3 в координатах «ударная вязкость —. температу­ ра — радиус надреза.» На этих пространствен­ ных графиках переход в хрупкое состояние от­ мечен линейчатыми по­ верхностями, соответст­ вующими критическим температурам хрупкос­ ти. Сечение объемной диаграммы плоскостью, параллельной коорди­ натной плоскости «удар­ ная вязкость — темпе­ ратура», дает диаграммы

ударной вязкости, получаемые в результате серийных испыта­ ний с варьированием только температуры [4]. Эти диаграммы дают очень наглядное представление о преимуществах марган­ цовистой стали 15ГЛ плавки 1Г по сравнению с углеродистой плавок У1 и К4 и являются хорошим дополнением к данным, приведенным в табл. 3.

Закалка и отпуск, снизив величину ударной вязкости стали плавки У1 при комнатной температуре и повысив ее для стали плавок У2 и УЗ по сравнению с нормализованным состоянием, понизили критическую температуру хрупкости для стали плав­ ки У1 до —70° при надрезе радиусом 1 и 0,5 мм и до —40° при г = 0,01 мм, а для стали плавок У2 и ХЗ — до минус 60° при надрезе г = 0,01 мм. Для нормализованной стали критический интервал хрупкости с повышением остроты надреза имеет тен­ денцию к сужению.

С увеличением остроты надреза увеличивается градиент на­ пряжений и возрастает объемность напряженного состояния у основания надреза, что затрудняет пластическую деформацию и способствует бездеформационному разрушению. Однако литые

фрезы. Надрез углублялся на 1 мм вдавливанием пуансона с радиусом закругления у основания 0,4; 0,2; 0,1 и 0,02 мм. Глубина острого надреза после вдавли­ вания пуансона изменялась в пределах 4,8 — 5,1 мм. Боковые поверхности образцов, изготовленных из плит, отлитых с мас­ сивными прибылями, были простроганы до толщины 18 мм.

радиус надреза, мм к

Рис. 5. Диаграмма результатов испытания С-образных образцов при разных температурах. Сплошные линии показывают разрушающую нагрузку, штри­

Плиты плавок 1Г, ЗГ и 2Г подвергались нормализации, а плав­ ки 4Г — гомогенизации и нормализации. Испытание произво­ дилось на вертикальной 100-тонной разрывной машине, со сня­ тием диаграмм растяжения, при температуре +20° и —60°

После испытания измерялась толщина образцов в месте из­ лома. Наибольшее уменьшение толщины произошло на расстоя­ нии 40 — 60 мм от основания, т. е. в нижней, наиболее удаленной от надреза половине образца. Полученные результаты были ис­ пользованы для определения относительного уменьшения тол­ щины 1}) в % (разность между толщинами до и после испытания, отнесенная к первоначальной толщине и умноженная на 100).

Химический состав стали приведен в табл. 1, а механические свойства — в табл. 5.

Результаты испытаний С-образных образцов приведены на диграмме рис. 5, штриховыми линиями обозначена разрушающая нагрузка, а штриховыми — уменьшение толщины образцов.

Полученные данные показывают, что при температуре + 2 0 ° с увеличением остроты надреза понизилась разрушающая на­ грузка (сплошные линии) и уменьшилась пластическая деформа­ ция образца ф (штриховые линии). Однако если это падение для стали 20Г2СЛ (пл. 4Г) при уменьшении радиуса закругления надреза от 1 до 0,02 мм составляло 8 т , для стали 15ГЛ (пл. 1Г) и 15ГСЛ (пл. ЗГ) оно было соответственно 2,9 и 2,1 т . Относи­ тельное уменьшение толщины образца из стали 20Г2СЛ (пл. 4Г) уже при надрезе радиусом 0,1 мм упало до нуля, в то время как для стали 15ГЛ (пл. 1Г) эта характеристика не уменьши­ лась, а для стали 15ГСЛ (пл. ЗГ) понизилась на 3% при изме­ нении радиуса закругления надреза от 1,0 до 0,02 мм. Пониже­ ние температуры испытания до —60° мало отразилось на раз­ рушающей нагрузке при надрезе с радиусом закругления 1 мм, но привело к резкому уменьшению пластичности металла. С по­ вышением остроты надреза уменьшилась разрушающая нагруз­ ка образцов из всех исследованных сталей за исключением ста­ ли 15ГЛ (пл. 1Г).

При температуре испытания + 2 0 ° все образцы плавок 1Г и ЗГ с надрезами разной остроты имели матовый, вязкий излом; лишь в нижней части, со стороны, противоположной надрезу,, имелись участки с мелкокристаллической поверхностью. В об­ разцах плавки 2Г уже при надрезе г = 0,4 мм матовый вязкий излом сменился мелкокристаллическим хрупким, а уменьшение толщины стенки упало почти до нуля. В образцах плавки 4Г излом был матовый, елочкой, изменившись на кристалличес­ кий, хрупкий при надрезе г = 0,2 мм. При температуре — 60° все испытанные образцы имели кристаллический блестящий вид излома.

Изменению вида излома сопутствовало изменение диаграмм растяжения. Для образцов плавок 1Г и ЗГ, испытанных при комнатной температуре, на диаграммах растяжения (рис. 6) наблюдалась небольшая площадка текучести, после прохожде­ ния которой нагрузка возрастала до некоторого максимума, затем падала, и наступал разрыв образца, который происходил в большинстве случаев не сразу, а постепенно.

При температуре —60° при разрыве С-образных образцов наблюдалась лишь небольшая пластическая деформация, кото* рая уменьшилась с увеличением остроты надреза и разрыв об­ разца происходил вскоре после завершения упругой деформа­ ции. Образцы из стали плавок 2Г и 4Г уже при комнатной тем-