книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин

Разрушение сварных образцов с трещинами и остаточными напряжениями (по данным X. Кихара и К. Масубуки)

5000 л*3 имели толщину стенки 11 мм и напряжения от гидроста­ тического давления, равные 11,4 кгс/мм2, а остальные 8 мм и

резервуарных сталей по методике Робертсона. Эти данные в коор­

полученные данные свидетельствуют, что и в этом случае резкий загиб кривой происходит при температурном запасе вязкости, равном 0° Исключение составляет наиболее хрупкая бессемеров­

от температурного запаса вязкости и в области АГ < 0°, где по данным Фили и Александрова подобная зависимость отсут­ ствовала. По-видимому, это различие обусловлено различием методик. При испытании образцов по методу Робертсона, когда имеется по ширине образца градиент температур, создаются бо­ лее благоприятные условия для затормаживания возникших хрупких трещин, нежели при использовании методики созда­ ния однородного температурного поля. Последнее и приводит

Рассмотрим теперь некоторые случаи аварий судовых и дру­ гих конструкций и деталей машин. Во всех случаях была сде­ лана попытка определить величину температурного запаса вяз­

либо по приведенным выше формулам. Анализ этих данных дол­ жен дать ответ, какой температурный запас вязкости по Гк.д.с (наиболее жесткий критерий хрупкости при статике) допустим, т. е. гарантирует отсутствие или по крайней мере затормажи­ вание хрупкой трещины в конструкциях.

В табл. 2 приведены данные автора, а также данные, заимст­ вованные из работ 15, 15, 161, относящиеся к хрупким разру­ шениям судов. Можно видеть, что хрупкие разрушения судов

трещина начиналась. Торможение хрупких трещин имело местопри ДТ > —28°.

Это небольшое расхождение вполне могло быть обусловлено различием в уровне рабочих напряжений. Данные табл. 3, относя­ щиеся к случаям аварий нефтяных резервуаров, мостов и дета­ лей машин, подтверждают сказанное выше. Действительно, для сварных резервуаров и мостов в 13 случаях из 14 разрушение произошло при Т0— 7’к.д .с< —21° и лишь в одном случае при Д Т = —12°.

Таким образом, на основании анализа данных хрупких раз­ рушений различных сварных конструкций можно прийти к зак­ лючению, что Д Т = Т0 — Гк.д.с < . — 10° является условием хрупкого разрушения сварной конструкции. Если учесть дан­ ные испытаний больших образцов по Фили и С. И. Александрову

сплуатации сварной конструкции (в зависимости от уровня сред­ них напряжений).

170, длиной 800, толщиной 20 мм с центральным надрезом ост­ ротой 0,04—0,06 мм разрушались при 33,0 кгс/мм2. Образцы таких же размеров, но с приваренными ребрами, между торцами которых располагалась поперечная трещина, разрушались примерно при 29 кгс/мм2.

Данные Кихара и Масубуки [1] по испытанию сварных образцов с трещинами и остаточными напряжениями еще более

показательны. Они свидетельствуют, что разрушение сварных образцов при низких номинальных напряжениях происходит лишь при температурном запасе вязкости А Т < —20°, что хорошо подтверждает приведенные выше данные по разрушению различных сварных конструкций. При температурном запасе вязкости Д Т — Т0 — Тк.д.с, большем 0°, разрушения в усло­ виях концентрации напряжений и действия остаточных напря­ жений происходят лишь при напряжениях порядка предела те­ кучести (табл. 4).

В ы в о д ы

Рассмотрев причины хрупких разрушений сварных конструк­ ций, методы определения склонности стали к хрупкости и про­ анализировав условия хрупких разрушений целого ряда свар­ ных конструкций, можно сделать следующие выводы:

1. Целесообразно ввести 1—2 единых способа оценки склон­ ности к хрупкости сталей, применяемых в различных областях техники, путем нормализации испытаний по определению критической температуры хрупкости.

2.Оценка склонности к хрупкости стали, работающей в сос­ таве сварных конструкций, должна производиться либо по виду излома (Тк.д.с), либо по ударной вязкости на стандартных образ­ цах с о-образным надрезом.

3.Анализ многочисленных данных хрупких разрушений раз­ личных сварных конструкций свидетельствует, что определяю­

— Т'к.д.с более— 10°С обеспечивает торможение хрупких трещин и, следовательно, отсутствие катастрофических хрупких разру­ шений.

5. Отсутствие хрупких разрушений возможно лишь при ве­

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Н. Н. Д а в и д е н к о в . Динамические испытания металлов. ОНТИ НКТП, 1936.

УДК 539. 4. 014:669. 11

О. в. КЛЯВИИ, Б. И. СМИРНОВ

ИЗМЕНЕНИЕ ХРУПКОЙ ПРОЧНОСТИ СТАЛИ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 4,2°К ПОСЛЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Изучение влияния предварительной пластической деформации на хладноломкость стали представляет большой практи­ ческий интерес, так как детали машин и конструкций, работаю­ щих в условиях низких температур, при их изготовлении под­ вергаются механической обработке. Кроме того, подобные иссле­ дования способствуют выяснению физической природы хрупкого разрушения. Имеется целый ряд работ, посвященных этому вопросу [1—3]. В них было установлено, что пластичный при некоторой температуре материал становится хрупким в резуль­ тате предварительной деформации при более высокой темпера­ туре как растяжением, так и сжатием. Однако причины наблю­ даемых эффектов до сих пор не ясны. В большей части упомяну­ тых работ изучалось влияние предварительной деформации на. критическую температуру хрупкости. В настоящей работе внимание было обращено на величину хрупкой прочности, при­ чем последняя определялась при температуре, когда хрупким является и недеформированный образец.

В качестве материала исследования была взята сталь 2 (0,2% С). Из прутков диаметром 12 мм изготовлялись образцы с головками, форма которых показана на рис. 1. Готовые образцы отжигались в течение часа в вакууме при 700° С. После этого они деформировались пластически на 11 % при 300° К, причем одни из них подвергались сжатию, а другие — растяжению. Полу­ чаемое при этом упрочнение составляло 19 ± 0,5 кгс1ммй. Хруп­ кая прочность как деформированных, так и отожженных образ­ цов определялась в опытах на растяжение при температуре 4,2° К (жидкий гелий). Эта температура была выбрана потому,

мация растяжением повышает хрупкую прочность, а сжатием—по­ нижает. При зтом следует отметить еще одно обстоятельство. В процессе нагружения в жидком гелии в упругой области еще задолго до разрушения на диаграмме наблюдаются скачки (сры­ вы), аналогичные ветрешощимся при двойииковании. Величина срыва по..напряжениям составляет примерно 0,2— 1,0 кге/мм2. При этом оказывается (см. таблицу), что число скачков тем боль­ ше, чем выше величина хрупкой прочности. Поскольку подоб­ ные срывы на диаграммах деформирования наблюдаются при двойииковании, было проведено изучение микроструктуры об­ разцов, имеющих максимальное число скачков. Следов двойникования обнаружено не было.

Полученные результаты можно объяснить следующим обра­ зом. В настоящее время считается доказанным, что хрупкому разрушению в подавляющем большинстве случаев предшествует пластическая деформация [71. При этом для появления хруп­ кого разрушения требуется выполнение одновременно двух ус­ ловий [8, 9]: достижение некоторого значения касательных нап­ ряжений, обеспечивающего появление первой микротрещины, и определенного значения нормальных растягивающих напря­ жений, необходимого для распространения хрупкой трещины. Тогда повышение хрупкой прочности в результате растяжения объясняется тем, что последнее повысило сдвиговой порог, не­ обходимый для наступления микропластичности. При количест­ венном сравнении оказывается, что величина полученного при деформации упрочнения и разница в хрупких прочностях рас­ тянутого и исходного образцов одинаковы, а именно 19 кге!ммг'. Для образцов, подвергнутых сжатию, сдвиговой порог, соглас­ но эффекту Баушингера, понижается, что и приводит к умень­ шению хрупкой прочности. Величину эффекта Баушингера на наших образцах оценить было трудно, однако для грубой оценки можно использовать данные Васильева [10] для такой же стали. Им было получено, что напряжения течения (при до­ пуске 0,05%) предварительно сжатых и растянутых на 10,2%

Подобное же объяснение может быть дано на основе остаточ­ ных микронапряжений, возникающих в материалах в результа­

каких-то очень малых, но более прочных областей (возможно, границ зерен или блоков мозаики). Система получающихся микронапряжений в случае аксиального нагружения в направ­

лении 0—0 показана на рис. 2, причем после растяжения |<ти |;>

> | о 2( |, а после сжатия |сг1г <С |.

Рассмотрим теперь, какие значения будут иметь касатель­ ные напряжения в различных образцах при нагружении после учета остаточных микронапряжений. При нагружении вдоль

Таким образом, внешние напряжения, при которых достигается уровень касательных напряжений, необходимый для зарожде­ ния сдвигов, приводящих к разрушению, должны быть больше в первом случае, чем во втором, что и наблюдается на опыте. Отсюда же следует, что в случае определения хрупкой проч­ ности при растяжении в направлении, перпендикулярном оси предварительной деформации, соотношение будет обратным, т. е. после предварительного сжатия хрупкая прочность в попе­ речном направлении должна увеличиваться. Эксперименталь­ ные данные Аллена [11] подтверждают это. О порядке величины

при 4,2° К 1131, возникновение скачков сопровождается локаль­ ным повышением температуры образцов (примерно на 10° К)

вместах их прохождения за счет малых значений теплоемкости

итеплопроводности материала при гелиевых температурах. Кроме того, необходимо учесть, что в металлах с кристалличес­ кой решеткой типа ОЦК и сплавах на их основе имеются оп­ ределенные условия, благоприятствующие появлению скачков. Значительная температурная зависимость их предела текучести обеспечивает резкий срыв скоплений дислокаций при очень низ­ ких температурах и высоких приложенных напряжениях, что дает больший тепловой эффект, нежели в металлах с решеткой типа ГЦК, у которых предел текучести мало зависит от темпе­ ратуры. Разное количество скачков у стали 2 (см. таблицу), по-видимому, зависит от уровня максимальных разрушающих

Полученные результаты представляют практический инте­ рес. Из них следует, что пластическая обработка (штамповка, ковка и т. д.) деталей, работающих в услориях хладноломкости, должна проводиться таким образом, чтобы области материала, работающие на растяжение, подвергались предварительному пластическому растяжению, а не сжатию. Сжатия следует избе­ гать и при сварке, когда в результате разогрева некоторые оСласти могут подвергаться деформации сжатия. Может быть так­