книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин

ности) связан с максимальными касательными напряжениями тта1, то он может быть определен при любом виде напряженного сос­ тояния и выражен в касательных напряжениях. Мы использова­

Влияние надреза на критическую температуру хладноломкости и сопротивление сколу

образцов армко-железа

Как мы уже отмечали ранее, надрез оказывает влияние на характеристики пластического деформирования и разрушения главным образом за счет введения в действие следующих четырех эффектов: объемного напряженного состояния, масштабного эффекта, концентрации напряжений и увеличения скорости де­ формирования.

При объяснении влияния надреза на критическую темпера­ туру хладноломкости одни исследователи 117 | полагают, что это влияние сказывается в основном через эффект увеличения ско­ рости деформирования в корне надреза. Другие же |16| ос­ новной причиной считают вызываемый надрезом эффект объем­ ности. Насколько нам известно, справедливость этих предполо­ жений экспериментально до сих пор не проверена. Поэтому, помимо выяснения вопроса о влиянии надреза на сопротивление сколу и критическую температуру хладноломкости, в данном ис­ следовании была сделана попытка проверить экспериментально, какой из этих двух факторов (скорость деформирования волокон в надрезе или объемность напряженного состояния по сечению надреза) является определяющим.

Исследование проводилось на образцах армко-железа, кото­ рые растягивались в ванне с охлаждаемой смесью при помощи сконструированного для этой цели реверсора [181. Размер и форма образцов представлены на рис. 11. Образцы после изготов-

ления отжигались в вакууме при температуре 750° С в тече­ ние 2 ч.

Применение несколько нео­ бычной формы образца В поз­ воляло ответить на два вопро­ са. Во-первых, при испытании этих образцов можно однознач­ но определить влияние надре­ за на сопротивление сколу (ес­ ли сопротивление сколу надре­ занного образца ниже такового для образца без надреза, то

разрушение должно проходить по надрезу и наоборот). И во-вто­ рых, если определяющим фактором охрупчивания надрезанных образцов является эффект скорости деформирования, то с этой точ­ ки зреиау образцы группы В и А одинаковы (так как скорости де­ формирования образцов В и А равны), поэтому надрез на образ­

разце В будет в такой же мере охрупчивать материал, как и над­ рез на образце С.

Результаты испытаний представлены на рис. 12 и в табл. 4. Образцы без надреза при температуре —196° С разрушались пос­ ле большой пластической деформации и поэтому их сопротивле­

женин температуры образец начинал разрушаться без заметной

В соответствии с изложенным выше эти результаты означают, что, во-первых, надрез понижает сопротивление сколу и, во-вто­ рых, решающим фактором, который приводит к охрупчиванию надрезанных образцов, является эффект объемности напряжен­ ного состояния, вызываемого введением надреза. Кроме того, необходимо отметить следующее. Испытания образцов типа В отчетливо вскрыли влияние температуры на степень опасности надреза, именно, при температуре выше критической темпера­ туры хладноломкости надрез увеличивает сопротивление мате­ риала разрушению (по сравнению с гладким образцом), а при более низких температурах — уменьшает его.

На рис. 12 изображены кривые температурной зависимости пределов текучести гладкого и надрезанного образцов. Из рисун­ ка видно, что надрез действительно вызывает увеличение мак­ роскопического предела текучести. Однако этот рисунок пока­ зывает еще и то, что проведенный нами анализ влияния надреза на хладноломкость металлов с решеткой о.ц.к. является в из­ вестной мере неполным. Оказывается, что рост предела теку­ чести с понижением температуры у образцов с надрезом проис­ ходит значительно интенсивнее, чем у гладких образцов. Так, при изменении температуры от 300° до 120° К предел текучести надрезанных образцов возрастает в 2,8 раза, в то время как пре­ дел текучести гладких образцов при изменении температуры в этом же интервале увеличивается в 2,4 раза. Такое поведение предела текучести надрезанных образцов говорит о том, что нанесение надреза приводит к каким-то новым, неизвестным про­ цессам, оказывающим влияние на температурную зависимость предела текучести. Можно ожидать, что и более мелкие надре­ зы в виде макроскопических трещин, границ зерен, преципита­ тов и т. д. будут оказывать подобное влияние на предел теку­ чести и его температурную зависимость и тем самым охрупчивать материал.

Вы в о д ы

1.Показано, что с помощью схемы хрупкого разрушения, учи­ тывающей роль нормальных и касательных напряжений, могут быть удовлетворительно объяснены основные эксперименталь­ ные факты, относящиеся к проблеме хладноломкости металлов

срешеткой о.ц.к.

2.Экспериментально изучено влияние вида напряженного со­ стояния на критическую температуру хладноломкости Тк мо­ либдена. Значения Тю найденные экспериментально, показали хорошее совпадение с таковыми, полученными из схемы хруп­ кого разрушения.

3.Показано, что в зависимости от конкретных свойств ма­ териала схема хрупкого разрушения может принимать тот или

иной вид. Существование таких схем подтверждено эксперимен­

5. Проведены испытания надрезанных образцов. Показано, что в соответствии со схемой хрупкого разрушения сопротивление сколу таких образцов ниже, а критическая температура вы­ ше, чем у гладких образцов. Применение сложного образца с надрезом позволило сделать) предположение о решающей роли эффекта объемности и эффекта концентрации напряжений в ох­

16.Г. В. У ж и к. Прочность и пластичность металлов при низких темпе­ ратурах. Изд. АН СССР, 1957, стр. 93.

к. в. ПОПОВ, В. Ф. ЗАХАРОВ

АНАЛИЗ НЕКОТОРЫХ ХАРАКТЕРНЫХ СЛУЧАЕВ ХЛАДНОЛОМКОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Практика строительства и эксплуатации металлических кон­ струкций в зимних условиях на территории Сибири и Крайнего Севера показывает, что в некоторых случаях в нормальных ра­ бочих условиях происходят хрупкие разрушения.

Нередко разрушения происходят при заведомо низких наг­ рузках под действием лишь собственно! о веса конструкций. Хруп­ ким разрушениям подвергаются суда, мосты, резервуары,, бал­ ки, фермы, опоры линии электропередач и отдельные детали машин.

В литературе [2—8] и в материалах, накопленных с 1953 г.

Большинство хрупких разрушений приходится надекабрь, ян­ варь и февраль. Особенно часто разрушения наблюдаются в пе­ риод резкого понижения температуры. Ьио1да хрупкое разруше­ ние наступает в начале быстро развивавшиеся потепления. В этом случае так же, как и в период понижения температуры, боль­ шую роль играет ветер, усиливающий ш.| ш ьомерность терми­

рушению.

Увеличение числа хрупких разрушений связано с широким применением сварки при строительстве и монтаже инженерных сооружений, а также при изготовлении различных металлокон­ струкций и деталей машин.

ружного воздуха —50°С произошло разрушение угловой опоры линии электропередач ЛЭП-500. Стыкуемые уголки стойки опо­ ры имели внутреннюю накладку такого же сечения, обваренную фланговыми и лобовыми швами. Сам стык был обварен только с одной внешней стороны* некачественным поверхностным швом без разделки. Нёпроваренная часть сгыка явилась концентра­ тором напряжений, от которого началось хрупкое разрушение

еся в рухнувшей опоре соединение не относится к типу наилуч­ ших. Хрупкому разрушению опоры способствовала очень низ­ кая хладостойкость металла — ударная вязкость падала до 0,9—1,3 кгс • м/см2 при —10°С.

Рациональный выбор марок сталей для сварных конструк­ ций, сооружений и машин, работающих в условиях низких тем­ ператур, является важной технико-экономической задачей. В сварных конструкциях в зоне сварных соединений всегда име­ ется значительное число зародышевых трещин или таких дефек­ тов, которые легко могут дать начало трещине.

Хрупкое разрушение происходит тогда, когда эти трещины развиваются и распространяются по целому металлу при общей незначительной пластической деформации изделия в целом.

Таким образом, важнейшим качеством стали, определяющим ее работоспособность при низкой температуре, является спо­ собность к пластическому деформированию при минимальных рабочих температурах. Развивающаяся у такой стали трещина будет «погашена» за счет пластической деформации в вершине трещины.

Если металл теряет способность к пластической деформации при низкой температуре, то повышение внешней нагрузки не­ прерывно поднимает уровень напряжений в вершине трещины; при достижении некоторой величины происходит хрупкое раз­ рушение. Приведем несколько примеров, когда основной причи­ ной хрупкого разрушения конструкций явилась недостаточная хладостойкость металла.

На протяжении нескольких лет на одной из обогатительных фабрик с наступлением морозов наблюдались случаи хрупко­ го разрушения опорных балок галерей при температуре около —30°. Разрушения происходили в одно и то же время суток — около 8 ч. В это время в данной местности наблюдается суточный