книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин

О. Ф . С Т А Н К Е В И Ч

ВЛИЯНИЕ БОРА НА РАБОТУ РАЗРУШЕНИЯ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ

Целесообразность введения небольших количеств бора с целью повышения прокаливаемое™ углеродистой стали была показана в работе [1 ].

Благодаря введению оптимального количества бора средне­ углеродистая сталь по прокаливаемое™ может быть отнесена к категории низколегированных, что выдвинуло перспективу замены некоторых низколегированных марок стали углеродис­ той [2 ] и обусловило постановку многочисленных исследований.

Было показано Ц, 3], что влияние бора особо заметно на среднеуглеродистой стали и существенно зависит от содержа­ ния углерода: при концентрации, близкой к эвтектоидной, оно уже не обнаруживается. Наибольшее улучшение механических свойств выявляется после низкого отпуска, а в нормализованном и высокоотпущенном состояниях они практически не изменя­ ются от присутствия бора.

Однако склонность к хрупкому разрушению при понижен­ ных температурах изучена еще недостаточно и до сих пор еще нет однозначного представления о направлении и силе влияния

кислом тигле высокочастотной печи путем переплава стали ма­ рок 35 и У6 выплавлены два состава: А — среднеуглеродистая

введенного бора соответствует «оптимальному», с точки зрения прокаливаемое™, содержанию бора в среднеуглеродистых

ки-дублера для каждой группы стали. Разброс по химическому составу внут-

ри группы не превышал ±15% от среднего значения компонента.

В сталь Б было введено такое же количество бора, что и в сталь А (см. табл. 1). Каждый вариант по содержанию бора повто­ рялся в трех плавках. Перед введением ферробора состава В 5,77%, А1 5,76%, С 0,08% ванна тщательно раскислялась ферросилицием, ферромарганцем и алюминием. Слитки проко­ ваны на размер 7 x 7 мм", что соответствует почти тридцатикрат­ ному укову.

Динамические испытания на изгиб не могли быть осуществле­ ны по стандартной методике из-за недостатка материала. По­ этому были изготовлены уменьшенные по условиям геометричес­ кого подобия [4] образцы следующих размеров: длина 55,0 мм, сторона квадрата 5,0 мм, радиус закругления дна надреза 0,5 мм. Испытание проводилось на копре с запасом энергии 3,0 кгс • м. Результат испытания подсчитывали по формуле

на нормализованных восьмикратных образцах (расчетный диаметр

4,0 мм) по методу задаваемой нагрузки на рычажной испыта­ тельной машине с помощью ручного привода. Действительный

свойств плавок-дублеров отдельных групп. Это наглядно под­ тверждается картиной рассеивания точек на кривых темпера­ турной зависимости ударной характеристики и при оценке ме­ ханических свойств и структурного состояния.

На рис. 1 изображены величины динамической характерис­ тики отдельных образцов и показаны кривые усредненных зна­ чений ее для стали А с различным содержанием бора. В области вязких разрушений образцов видно положительное влияние оптимальной добавки бора на сопротивление хрупкому разру­ шению. Наиболее четко это проявляется у стали в улучшенном состоянии, где присадка около 0,003% бора значительно повы­ сила величину а при + 2 0 и при +100°.

Ранее было установлено [4, 5], что в случае вязкого разру­ шения образцов можно, используя принцип геометрического подобия, пересчитать значения динамической характеристики а на ударную вязкость аи по формуле

ан=а*Л , кгс/см2,

где Н— высота сечения в надрезе, см.

Определенная таким образом величина аибезбористой стали (аи = 8,8 кгс м/см2, табл. 2) находится в пределах нормы на сталь 35 в улучшенном состоянии. Приращение расчетной удар­ ной вязкости почти на 20% следует считать вполне убедитель­ ным доказательством положительного влияния оптимальной присадки бора в условиях вязкого разрушения улучшенных образцов. Полученные результаты совпадают с данными ра­ боты 12].

В нормализованном состоянии динамическая характеристика также заметно выросла при повышенной температуре (+100°), прирост же при комнатной температуре незначителен.

Повышенное содержание бора мало сказывается на значе­ нии ударной вязкости (см. табл. 2), причем имеется тенденция к

еепонижению.

Для обоих вариантов термической обработки типично резкое

снижение ударной вязкости (динамической характеристики) с увеличением содержания бора на один порядок.

Обратимся теперь к рис. 2, где изображен график а =<р (7) стали состава Б, и рассмотрим влияние присадок бора в условиях

месями (Мп, 51, Сг, №, Мо) среднеуглеродистой улучшенной стали в районе положительных температур отмечалось в одной из ранних работ 16]. Позднее в работе А. П. Гуляева и Е. А. Ульянина [7] было показано, для аналогичных условий и при полностью вяз­ ком разрушении, отрицательное влияние бора в сталях 40Х и 40ХН. На наш взгляд, причину такого поведения бора следует искать в повышенном содержании его (0,006%). По-видимому, в силу ряда неучтенных причин, действие бора на снижение ударной вязкости 17] сказалось ранее, чем это было отмечено нами на сред­ неуглеродистой стали после введения бора, на порядок больше оптимального.

Влияние бора в стали Б (типа конструкционной стали марки 60) на работу динамического изгиба в области вязких изломов незначительно, как незначительно его влияние на прокаливаемость подобных сталей [3].

У стали А, начиная от температуры —60° (в условиях прове­ денных опытов, что, с учетом масштабного фактора [5 ] пример­

улучшенных образцов с оптимальным содержанием бора темп падения величины а относительно уровня при положительной температуре более крутой, чем у нормализованных. Типично,

Яис. 2 Температурная зависимость динамической характеристики стали с повышенным содержанием углерода (сталь Б).

для обоих состояний стали А резкое снижение динамической ха­ рактеристики от высокого содержания бора: до температуры —40° кривая динамической характеристики расположена почти эквидистантно кривой безбористой стали, а затем следует резкое падение и при —80° значение а близко нулю.

Из рассмотренного следует, что направление влияния опти­ мального количества бора в среднеуглеродистой стали на работу динамического изгиба в области пониженных температур имеет по сравнению с вязким разрушением противоположный знак. Все добавки бора в среднеуглеродистую сталь, особенно увели­ ченные на порядок, в условиях проведенных опытов понижают сопротивление динамическому изгибу.

бора (рис. 3), особенно оптимального количества, очень замет­ но укрупняются колонии перлита нормализованной стали А.

На рис. 4 и 5 показаны частотные кривые распределе­ ния размеров колоний перлита стали без бора (рис. 4) и с опти­ мальным количеством бора (рис. 5) в отожженном состоянии. У безбористой стали колонии перлита укладываются в диапазоне 2,5 — 35 мк с явно выраженным преобладанием средних по ве­ личине участков (рис. 4). Сталь с оптимальным содержанием бо­

уменьшается по мере увеличения размеров перлитных колоний. На структуру стали Б незначительно влияет лишь оптималь­ ное содержание бора — у отожженных образцов отмечается малозаметная тенденция к увеличению размеров перлитных уча­

стков.

Из рис. 6 следует, что введение оптимального количества бора в сре^неуглеродистую сталь (состав А, нормализованное состояние) приводит к снижению всех показателей механических свойств, за исключением конечного сужения в шейке. Характер изменения механических свойств нормализованных образцов не может объяснить изменения влияния бора на работу разрушения.

5.О. Ф. С т а н к е в и ч , Ю.. Е. Б о н д а р е в . Заводская лаборатория, 1959, № 4.

9.П. О. П а ш к о в , В. А. Б р а т у х и н а . Сборник «Металловедение». Судпромгиз, 1957.