книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин

рицьт и степень дисперсности карбидов значительно выше, чем у стали 10Г2С.

Данные о химическом составе, механических свойствах и структуре исследовавшихся сталей приведены, в табл. ;1.

На рйс. 2—4 приведены результаты серии испытаний на удар­ ный изгиб марок стали, указанных выше,'Поскольку зависимость данных ударных испытаний от температуры имеет в большинст­ ве случаев монотонный характер, были приняты следующие критерии для определения температур условного порога хлад­ ноломкости при этих испытаниях:

1. Температура Т31, определение которой дано выше.

нижней границы рассеяния значений процента волокнистой со­ ставляющей в изломе со значением 50% для образцов I и IV ти­ пов соответственно.

4. Температуры Т\ , ТЛу, соответствующие пересечению ниж­ ней границы рассеяния значений относительного сужения в над­ резе со значением 3% для образцов I и IV типов соответственно.

Рис. 3. Зависимость результатов сериальных испытаний туры испытания горячекатаной

В табл. 2 приведены значения критических температур для исследовавшихся сталей.

Эти данные подтверждают общую закономерность, получен­ ную при стандартных испытаниях образцов I типа: склонность к хладноломкости снижается при переходе от малоуглеродистых горячекатаных сталей к низколегированным, от горячекатаных низколегированных сталей — к улучшенным.

Обращает на себя внимание довольно близкое совпадение дан­ ных, характеризующих степень волокнистости излома, у образ­ цов I и IV типов. Многократно наблюдали, что степень волокнис­ тости излома мало зависит от конфигурации концентратора Ц—4), и это еще раз подтверждает, что определяемая визуально волокнистость излома приближенно связана со способностью стали сопротивляться распространению разрушения.

Однако не по всем характеристикам сохраняется строго одна га же последовательность сталей.

Если считать 12, 51, что сужение в надрезе характеризует главным образом сопротивление зарождению разрушения, то у наиболее сложнолегированной из исследовавшихся сталей (у ста­ ли 15ГСМФР), находящейся так же, как и сталь 10Г2С1, в улуч­ шенном состоянии, сопротивление зарождению разрушения па­ дает с понижением температуры несколько быстрее, чем у ста­ ли 10Г2С.

С другой стороны, падение волокнистости излома с понижени­ ем температуры у этой стали происходит более медленно и, сле­ довательно, эта сталь характеризуется в первую очередь высо­ ким сопротивлением распространению разрушения.

Более того, в диапазоне температур —60° 4---- 80° у этой стали ударная вязкость сохраняется н а‘уровне 2—3 кгс • м1смй при практически нулевом сужении и полностью кристалличес­ ком изломе.

Электроннофрактографическое исследование показывает, что

вмикроструктуре этих изломов имеются многочисленные при-

Та б л и ц а 2

знаки интенсивной локальной пластической деформации [6, 7 ], чем собственно и объясняется повышенная «энергоемкость» этих изломов.

Рассмотрим теперь, насколько коррелируют данные, полу­ ченные на малогабаритных образцах, с результатами исследо­ вания условий распространения трещин в крупногабаритных листовых образцах, что можно считать более приближенном к натурным условиям.

На рис. 5 приведены результаты исследования распростра­ нения разрушения в листовых образцах, обладающих перепа­ дом температур, по методике, описанной в [8].

Суть метода сводится к следующему. К образцу, эскиз кото­

различной остротой подреза. Чем меньше была острота надреза,, гем выше критическая нагрузка, при которой начиналось, распространение трещины.

По результатам испытаний для каждой стали строилась за ­ висимость температуры остановки трещины от величины нагруз­ ки, условно отнесенной к площади поперечного сечения образ­ цов — а„, кгс/мм2 (см. рис. 5).

Чем выше сопротивление стали распространению трещины, тем короче трещина и ниже будет температура остановки тре­ щины (при данном уровне нагрузки). Следовательно, наиболее высокое сопротивление распространению трещины будет у сталей, характеризуемых кривыми, расположенными слева (см. рис. 5),.

анаиболее низкое — кривыми, расположенными справа. Полученные данные показывают, что расположение сталей в

некоторый ряд по их стойкости против развития разрушения, определенное по результатам оценки вида изломов стандартных образцов, сохраняется и в случае определения этой характерис­ тики методом внецентренного растяжения в переменном тем­ пературном поле крупногабаритных образцов, если сравнение производится при равной толщине проката.

Критические температуры, полученные этими двумя метода­ ми, для данной стали отличаются довольно значительно, но пос­ ледовательность сталей сохраняется.

Таким образом, подтверждается тот факт, что стандартные ме­ тоды пригодны в основном для качественного сравнения раз­ личных сталей между собой и дают лишь весьма косвенные све­ дения о допустимых температурах эксплуатации стали в конкрет­ ных конструкциях.

Полученные данные показывают, что такой чисто геометри­ ческий фактор, как толщина проката, очень сильно влияет на способность металла противостоять развитию хрупкого разру­ шения, что совершенно не регистрируется сериальными испыта­ ниями стандартных образцов на ударный изгиб. Причем здесь основную роль играет не ухудшение качества металла с увели­ чением толщины проката, что всегда в той или иной степени имеет место, особенно у горячекатаных сталей, а'влияние тол­ щины на характер поля напряжений в вершине движущейся трещины.

Например, из данных рис. 5 видно, что 12-миллиметровый прокат из стали Ст. Зкп сопротивляется развитию хрупких тре­ щин лучше, чем 20-миллиметровый прокат из стали 10Г2С1, хотя качество последней стали значительно выше.

Действительно, все характеристики хладостойкости стали 10Г2С1, полученные при стандартных испытаниях проката тол­

щиной 20 мм, существенно лучше, чем 12-миллиметровой стали Ст. Зкп, что еще раз подчеркивает ограниченность стандартных испытаний.

Данные настоящего исследования еще раз показывают, что критические температуры существенно зависят от методики ис­ пытания и что подбором соответствующей методики можно полу­ чить критические температуры в области весьма высоких тем­ ператур, даже в случае термически обработанных сталей.

Особенно высокие критические температуры получаются при использовании методик, основанных на принципе «гашения» трещин в образцах с перепадом температур [8— 13]. Хотя эти методики оказались весьма плодотворными, поскольку с их помощью была продемонстрирована возможность распростра­ нения хрупких трещин при весьма низком уровне номинальных напряжений, они все же оказались пригодными в основном для сравнительного сопоставления сталей друг с другом.

Конечно, назначение температур эксплуатации той или иной стали в диапазоне выше критических по Робертсону или другим методикам подобного типа обеспечивает высокую степень надеж­ ности конструкции.

Однако такой подход можно считать целесообразным только для конструкций, предназначающихся для эксплуатации в осо­ бо тяжелых условиях.

Если эти методы использовать для массовых конструкций, не для сравнительной оценки сталей, а в качестве расчетных характеристик, то этим самым предопределяются либо очень вы­ сокие допустимые температуры эксплуатации (0, + 20° С), либо низкие расчетные сопротивления.

Назначение таких повышенных минимально допустимых тем­ ператур эксплуатации дает высокие гарантии против хрупкого разрушения, однако по экономическим соображениям нужно ус­ танавливать не достаточные, а необходимые условия предотвра­ щения хрупкого разрушения, т. е. определить тот минимум тре­ бований, при которых вероятность хрупкого разрушения была бы ниже допустимой для данного вида конструкций.

Эти требования не могут быть предъявлены к стали как к таковой, а должны разрабатываться с учетом условий ее эксплуа­ тации в конструкциях и поэтому создание единой методики и единого образца для определения допустимых температур экс­ плуатации представляется маловероятным.

В настоящий момент нам кажется более перспективной раз­ работка эталонных методик и эталонных образцов, характерных для определенных групп конструкций или для определенных условий работы стали в элементах и узлах металлоконструкций.