книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин

излом от отрыва занимает все сечение образца. Здесь также кри­ тическая длина трещины с понижением температуры уменьша­

(алюминиевые сплавы этому явлению не подвергаются, так как не обладают хладноломкостью). Следовательно, в условиях хрупкого разрушения требуется небольшая трещина, чтобы инициировать это разрушение.

Сопоставление коэффициента действия трещины с пределом

дела прочности КДТ снижается линейно, т. е. чувствительность к трещине увеличивается. Укажем, что такая же линейная зави­ симость получена между коэффициентом действия надреза (КДН) и пределом прочности (<г„). Одновременно с испытаниями образ­ цов с трещинами была испытана также серия надрезанных об­ разцов из каждого материала. Теоретический коэффициент кон­ центрации напряжений по Нейберу [6] составлял: а = 6,5, ширина В = 16 мм, Ь№= 10 мм, угол надреза 60° и г„ = 0,1 мм. Это позволило определить значения коэффициента действия надреза (КДН) и коэффициента действия трещины (КДТ) при разных температурах. Отложив по оси ординат значения КДТ, а по оси абсцисс — значения КДН, видим, что эти характеристик»

Рис. 5 Диаграммы растяжения стали СН2А (толщина листа 3 мм):

I — гладкий образец; 2 — образец с надрезом; 3 — образец с трещиной И-ЭГО0; •/ — образец с трещиной —196°; 5 — сварной образец с трещиной -Ь 20°; 6 — сварной об­

разец с трещиной —196°.

связаны линейной зависимостью (рис. 4): чем больше чувст­ вительность к надрезу, тем выше чувствительность материала к трещине.

В верхней части прямой тесно расположились точки, отвечаю­ щие значениям при + 2 0 °, когда материалы находятся в вязком состоянии. В нижней части этой прямой точки соответствуют хрупкому разрушению (при — 196°). Порядок расположения сталей здесь остался таким же, как и в вязком состоянии, но наблюдается несколько больший разброс точек. Таким

жить, что оба типа разрушения связаны с действием касатель­

для того, чтобы создать минимальную величину пластической деформации (предшествующую) хрупкому разрушению. Эти результаты согласуются с данными Б. С. Касаткина [7], изу­ чавшего локальную пластическую деформацию при хрупком разрушении технического железа. Пластическая деформация при хрупком разрушении сталей наблюдалась также в рабо­ тах С. О Цобкалло [81, П. Ф. Кошелева 191 и др.

На рис. 5 приведены диаграммы растяжения* гладких образ­

* Машинные диаграммы имеют 100-кратное увеличение по оси деформа­

ции.

цов с двусторонним надрезом и трещиной для стали переходного класса средней прочности (<т„ -= 130 кгс/мм2) СН2А.

Диаграммы растяжения надрезанных образцов и с трещиной условно сдвинуты от начала координат вправо, чтобы они не накладывались одна на другую. На диаграммах для образцов с надрезом видна остаточная деформация на условной расчетной длине 10 мм 6 ']0= 5,4% и более высокая нагрузка, чем та, что

отмечалась у гладких образцов. Для образцов с трещиной (ди­ аграмма 3) остаточная деформация составляет 6|0 — 2%. У свар­

ных образцов с трещиной 5 (рядом со сварным швом) остаточная деформация мала и составляет 1%. При — 196° образцы с тре­ щиной основного материала и сварного соединения (4 и 6) не имеют остаточной деформации и разрушаются в упругой облас­ ти, хотя прочность их близка к прочности гладких образцов. Наличие остаточной деформации на образцах с трещиной свиде­ тельствует о способности материала перераспределять напря жения у дна трещины (снятие пика напряжений), за счет локаль­ ной деформации задерживается распространение трещины, что повышает конструктивную прочность — надежность работы де­ талей .

Высокопрочные стали (с а„ = 175 — 200 кгс/мм2) и некото­ рые сплавы не имеют остаточной деформации; диаграмма растя­ жения у образцов с трещиной обрывается в упругой области. Такие материалы обладают малым запасом пластичности — вязкости, вследствие чего они обнаруживают повышенную чувствительность к концентрации напряжений (быстрое рас­ пространение трещины), что приводит к хрупкому разрушению.

Такие диаграммы растяжения нами впервые получены для конструкционных сталей, алюминиевых и титановых сплавов. Они позволяют оценить прочностные и деформационные характе­ ристики материалов в условиях концентрации напряжений. Следовательно, остаточная деформация на образцах с трещиной является важным критерием для оценки чувствительности к трещине — надежности стали и сплавов.

Одновременно было исследовано влияние трещин на проч­ ность и пластичность некоторых алюминиевых сплавов. Образ­ цы из сплавов Д16Т и Д19С изготовлены из листов толщиной

двум режимам:

1)закалка в воде и естественное старение;

2)закалка в воде и искусственное старение в течение 90 ч при 160° С. От каждого режима испытано две серии образцов;

4. Установлено, что вязкое и хрупкое разрушение подчиня­ ется общей закономерности; коэффициент действия трещины и коэффициент действия надреза связаны линейной зависимостью для сталей и алюминиевых сплавов в условиях хрупкого и вяз­ кого разрушения.

7.Б. С. К а с а т к и н . Изв. АН СССР, ОТН. Металлургия и топливо, 1961, № 1; 1962, № 6, стр. 112.

8.С. О. Ц о б к а л л о. Изв. АН СССР, ОТН, 1951, № 6, стр. 844-847

9.П. Ф. К о ш е л е в . Кандидатская диссертация. Ин-т машиноведения АН СССР, 1963.

В.А. БАЛДИН,

Р. Г. АРОНЕ, Л. И. СОКОЛОВСКИЙ

СКЛОННОСТЬ К ХЛАДНОЛОМКОСТИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

В настоящее время особенно быстро растет объем строитель­ ных работ в восточных и северных районах страны. В связи с этим изыскание экономически эффективных сталей с низким порогом хладноломкости, а также разработка методов более полной оценки этого свойства становится одной из актуальных задач «строительного» металловедения.

Наиболее распространенным методом оценки склонности той или иной стали к хладноломкости является метод, основанный на определении ударной вязкости в диапазоне температур от +20° и ниже.

Отражением этого метода являются нормы целого ряда ГОСТов, согласно которым устанавливаются минимально допус­ тимые значения ударной вязкости, определенные на образцах I типа (по ГОСТу 9454—60), при фиксированных температурах.

Благодаря распространенности метода ударных испытаний и его «стандартности» накоплен огромный материал о зависимости ударной вязкости образцов I типа от температуры для сталей, применяемых в различных отраслях промышленности'строи­ тельства. Это дает широкую базу для качественного сравнения сталей между собой.

На рис. 1 приведена зависимость нижней границы рассеяния значений ударной вязкости (образцы I типа) .от температура ис­ пытания для ряда марок строительной низколегированноцстали.

Для удобства сравнения различных марок стали между(собой, за температуру условного порога хладноломкости. (Хя .) лри«ята

температура, при которой нижняя граница рассеяния пересекает значения а„ = 3 кгс ■ м/см1.

Как видно из приведенных данных, исследовавшиеся горя­ чекатаные стали можно отнести к двум группам:

а) стали, имеющие в горячекатаном состоянии феррито-пер­ литную структуру. Эти стали имеют условный порог хладнолом­ кости Г31 в диапазоне температур от —30 до —70° С, причем с увеличением толщины проката б температура ТЯ1 увеличивается с —40° 4---- 70° С при б = 12 мм до —30° 55° С при б = 30 мм. К этой группе относятся наиболее широко распространенные низколегированные строительные стали, а именно: 10Г2С, 14Г2, 15ХСНД и др. Среди этой группы наилучшими свойствами об­ ладают низкоуглеродистые стали типа 09Г2, 10Г2С и т. д.

б) стали, имеющие в горячекатаном состоянии бейнитную или феррито-бейнитную структуру. К этой группе, например, ■ относятся стали марок 18Г2Т и 15Г2Б. Эти стали обладают, как правило, низкой ударной вязкостью в горячекатаном состоянии. Так, температура Тя1у стали 15Г2Б находится на уровне — 10°-г-

---- 30° С во всем диапазоне толщины проката, а в случае стали

венно улучшают свойства сталей обеих групп, что иллюстриру­ ют данные, приведенные на рис. 1.

Действительно, закалка с последующим отпуском при 650° С смещает условный порог хладостойкости Т31 в диапазон темпе­ ратур, лежащих ниже —70° С у всех сталей, включая даже вы­ сокопрочные строительные стали с довольно сложным легиро­ ванием (сталь типа 15ГСМФР).

При этом низкий порог хладноломкости характерен для широкого диапазона толщин термически обработанной стали.

Таким образом результаты стандартных испытаний показы­ вают, что наиболее перспективными для строительных конструк­ ций северного исполнения являются термически обработанные •стали или низколегированные горячекатаные стали с малым со­ держанием углерода.

Однако в настоящее время считается общепризнанным тот факт, что оценка стали только на основе данных стандартных испытаний образцов I типа является недостаточной.

Для того чтобы более обоснованно рекомендовать стали для

водящих в возможной степени реальные условия эксплуатации стали в металлических конструкциях. Поскольку комплексное исследование всех сталей связано со значительным увеличением объема работ, то целесообразно исследовать стали, типичные для ■ определенных групп.

* Иногда эта сталь имеет обозначение 14ГСМФР.

При исследовании строительных сталей удобнее всего бази­ роваться на градации их по категориям прочности, учитывая при этом, что основные категории прочности характеризуются, как правило, общностью микроструктуры сталей, входящих в данную категорию.

Ниже приводятся результаты сравнительной оценки по не­ стандартным методикам склонности к хладноломкости сталей, типичных для основных прочностных классов, используемых в

закалки и высокого отпуска (улучшенная сталь), а также сталь класса С-60 (стг ^ 60 кгс/мм2, ов ^ 70 кгс/мм2, 610 > 10%) — марки 15ГСМФР также в улучшенном состоянии. Стали первых двух классов (С-24 и С-34) являются феррито-перлитными, а улучшенные стали 10Г2С и 15ГСМФР имеют сорбитную струк­ туру, причем у стали15ГСМФР раздробленность ферритной мат-