Температуры

Все свойства материалов зависят от температуры. Также от нее су- щественно зависит и вязкость разрушения. При рассмотрении влияния температуры на свойства металлов необходимо обращать внимание также и на другие параметры, например на толщину. Относительно тонкая плас-тина может находиться в плоском напряженном состоянии и при комнат-ной температуре иметь высокие значения вязкости. При низких темпера-турах металл имеет более высокий предел текучести и в пластине зона пластичности будет меньших размеров. В этом случае напряженно-дефор- мированное состояние можно охарактеризовать как переходное или как плоскодеформированное состояние с более низким значением вязкости. Таким образом, температура влияет на вязкость не только непосредствен-но, но и косвенно через температурную зависимость предела текучести.

Высокая работоспособность многих деталей машин, сварных соеди-нений и элементов сварных конструкций при пониженных температурах решающим образом зависит от их способности к сопротивлению хрупким разрушениям. Однако необходимо помнить, что для многих материалов даже комнатные температуры могут быть областью их хрупкого разруше-ния и лишь при повышенных температурах разрушение становится вязким. Понятие хрупкого разрушения связывается с энергоемкостью распростра-нения разрушения, то есть с глубиной зоны пластических деформаций, ко-торая возникает при прохождении трещины, и значением пластической де-формации у поверхности разрушения. При значительной пластической де-формации, возникающей как на поверхности, так и в глубине, поверхность разрушения волокнистая, а при отсутствии пластической деформации или крайне малом её значении поверхность излома кристаллическая.

Снижение температуры, увеличение скорости нагружения, увеличе-ние концентрации напряжений способствуют переходу от вязких форм разрушения к хрупким.

Наиболее распространенным и простым методом оценки изменения свойств при понижении температуры является испытание на ударную вяз-кость, при котором выявляется абсолютный уровень ударной работы раз-рушения КСU (а_н), сильно зависящий как от типа и остроты надреза, так и от характера разрушения – вязкого или хрупкого (рис.7.3) . Чем острее надрез, крупнее зерно, больше размеры образца и выше скорость нагруже-ния, тем правее и ниже расположена кривая а_н. Также смещается и кривая волокнистости излома В. Принято определять первую критическую тем-пературу Т_кр.1, при которой площадь волокнистого излома составляет 50%.

Рисунок 7.3 – Характер изменения площади с волокнистым изломом В (проценты), работы разрушения КСU (а_н ), предела текучести σ_Т

и среднего разрушающего напряжения σ_ср.р в зависимости

от температуры испытаний для низкопрочных сталей

Для деталей, в которых возможно присутствие трещин или других трещиноподобных дефектов, проводят сериальные испытания (определе- ние свойств металла или сварных соединений в некотором интервале из-менения какого-нибудь параметра с достаточно мелким шагом его изме-нения); сериальные температурные испытания образцов металла проводят обычно с шагом DТ = 5…15 К при определении k_1C(k); G_1C(G) или δ_с (δ). Характер изменения кривых k_1C, G_1C и δ_с подобен кривой а_н (см. рис.7.3). По полученным данным судят о безопасных уровнях напряжений и облас- ти температур эксплуатации.

Для некоторых деталей и узлов путем испытания может быть опре-делена вторая критическая температура Т_кр.2, при которой среднее разру-шающее напряжение s_ср.р становится равным пределу текучести металла при этой температуре. Величина Т_кр.₂ может быть разной в зависимости от коэффициента концентрации напряжений в детали, характера приложения нагрузок, среды, наличия собственных напряжений. Разрушение при

s_ср.р £ s_т может произойти в пределах хрупкой зоны при температуре, когда трещина в основном металле может распространяться дальше только как вязкая. При возможности распространения трещины в металле на зна-чительные расстояния (например, трубопроводы, корпусы кораблей) опре-деляется удельная работа динамического (быстрого) распространения тре-щины G_сд в листовом металле. При этом используют крупные образцы, позволяющие образоваться у острия трещины зонам пластических дефор-маций таких размеров, которые характерны для реальной конструкции, а также подвести значительную энергию к концу трещины, чтобы имитиро-вать условия разрушения конструкции с большой накопленной потенци-альной энергией. Характер кривой G_сд подобен а_н на рисунке 7.3 , но она располагается заметно правее. При этих испытаниях одновременно можно получить результаты для построения кривой волокнистости В. Существу-ют специальные расчетные методы для определения температур торможе-ния движущихся трещин. Метод Робертсона предусматривает испытание листовых образцов большой ширины с натуральной толщиной металла (см. раздел 4).