Методы повышения конструкционной

Высокая прочность и долговечность конструкций при минимальной массе и наибольшей надежности достигаются технологическими, металлургическими и конструкторскими методами. Наибольшую эффективность имеют технологические и металлургические методы, целью которых является повышение механических свойств и качества материала.

Повышение прочности при достаточном запасе пластичности и вязкости ведет к снижению материалоемкости конструкции и в определенной мере к повышению надежности и долговечности. Современные методы повышения прочности основаны на получении такого структурного состояния, которое создавало бы максимальные затруднения передвижению дислокаций, поскольку сопротивление пластической деформации зависит главным образом от легкости перемещения дислокаций. К этим методам относятся легирование, пластическая деформация, термическая, термомеханическая и химико-термическая обработки.

Повышение прочности указанными методами основано на ряде структурных факторов. Барьеры в виде границ зерен или дисперсных частиц второй фазы создают препятствия на пути движения дислокаций, в связи с чем требуется дополнительное повышение напряжений для их продвижения, что способствует упрочнению. Однако повышение прочности, основанное на уменьшении подвижности дислокаций, сопровождается снижением пластичности, вязкости и тем самым надежности.

Проблема повышения конструкционной прочности состоит не столько в повышении прочностных свойств, сколько в том, как при высокой прочности обеспечить высокое сопротивление хрупкому разрушению.

Измельчение зерна, достигаемое как металлургическими способами, так и в большей степени термической обработкой приводит к упрочнению металлов. Это объясняется тем, что дислокация не может перейти границу зерна, так как в новом зерне плоскости скольжения не совпадают с плоскостью скольжения этой дислокации. Дальнейшая деформация продолжается в результате возникновения новой дислокации в соседнем зерне, поэтому, чем мельче зерно, тем выше прочность металла.

При этом важным является то обстоятельство, что одновременно повышается ударная вязкость. Объясняется это уменьшением размеров зародышевых трещин и затруднением их развития, поскольку при переходе от одного зерна к другому трещина меняет направление и сопротивление движению увеличивается.

Измельчение зерна понижает порог хладноломкости t₅₀,^оС, повышает трещиностойкость K_1c и предел выносливости.

Более надежной работе высоконагруженных деталей способствует повышение чистоты металла, связанное с удалением вредных примесей. При равной прочности более чистый металл обладает более высоким сопротивлением вязкому разрушению и более низким порогом хладноломкости. Основной причиной охрупчивания металла при наличии примесей внедрения является малая подвижность дислокаций. Это вызвано, с одной стороны, повышенным сопротивлением решетки раствора внедрения скольжению дислокаций и, с другой стороны, закреплением дислокаций атмосферами из атомов внедрения. Из-за низкой подвижности дислокаций и отсутствия микропластической деформации не происходит релаксации напряжений у вершины хрупкой трещины, чем и объясняется низкое сопротивление распространению трещин.

Конструкторские методы должны обеспечивать отсутствие глубоких канавок, галтелей малого радиуса и других конструктивных надрезов, являющихся концентраторами напряжений. Для снижения концентрации напряжений необходимо предусматривать локальное упрочнение для формирования остаточных напряжений сжатия.