книги из ГПНТБ / Дроздовский Б.А. Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей

152 Оценка чувствительности к трещинам по величине работы излома

Вид излома образцов изменялся при повышении температуры отпуска в соответствии с изменением работы излома.

Рис. 85. Характерные диаграммы статического изгиба. Сталь 12Х5МА,

турах отпуска и повышает ее при высоких (выше 500°). Подобно понижению температуры закалки влияет, при низких температу­ рах отпуска, применение одинарной закалки вместо двойной для стали с содержанием углерода как на нижнем пределе (рис. 87, а и б), так и на верхнем (рис. 87, в и г). При высоком отпуске ве­ личина работы излома от применения двойной закалки не уменьшается.

Сопоставление кривых по плавкам Л и 5 (рис. 87, б и г) по­ казывает, что с повышением содержания углерода сужается интервал хрупкого отпуска, но уменьшаются абсолютные значе­ ния работы излома при низком и высоком отпуске.

Кривые пластического прогиба до максимума нагрузки (f„л) (рис. 87) показывают практическую неизменность этой характе­ ристики при повышении температуры отпуска до 500—525°; при дальнейшем повышении температуры отпуска величина /пл на­ чинает быстро возрастать. Интервал хрупкого отпуска этой ха­ рактеристикой совершенно не выявляется.

На рис. 87, б приведено также изменение средних величин прогиба разрушения / мог . Эта характеристика, как отмечалось и выше, меняется почти параллельно величине Амог . Поэтому она также может быть применена для упрощенной оценки чув­ ствительности к трещине, что и делал Г. Г. Конради.

Таким образом, применение метода оценки вязкости стали работой излома позволяет выявить интервал хрупкого отпуска стали 12Х5МА при комнатной температуре, не выявляющийся другими методами механических испытаний и отчетливо замет­ ный по степени кристалличности в изломе.

6. СОПОСТАВЛЕНИЕ РАБОТЫ ИЗЛОМА, ПОЛУЧЕННОЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ, СО СЛУЖЕБНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ ДЕТАЛЕЙ

Испытание деталей на повторные ударные перегрузки [10]

Испытанию на многократные жесткие удары переменной жи­ вой силы были подвергнуты детали сложной конфигурации.

Скорость ударов доходила до 20 м/сек, а вес ударяющего

тела до 1 т.

Детали изготовлялись из плавок, химический состав которых был приведен в табл. 17. Детали из плавок Б, В, Г,, Д и Е были изготовлены штамповкой из проката. Детали из стали А были получены литьем в форме, весьма близкой по конфигурации

к штампованным деталям.

Детали из сталей А, Б и В (ом. табл. 23) совершенно не име­ ли поломок в процессе экоплуатации, а из стали Г при меньшем сроке службы имели отдельные трещины. Детали из стали Д

Температура отпуска,°С

кой детали по сравнению с образцом. Последняя причина осо­ бенно резко сказалась на величине работы излома низколегиро­ ванной стали Е. Величина А'м при переходе от лабораторного

образца к детали уменьшилась с 4,15 кгсм до 0,62 кгсм, т. е. примерно в семь раз. В то же время ударная вязкость снизилась только на 38%.

Для литой наиболее легированной стали А конечная работа излома детали и образца практически одинакова (11,55 и 12,95 кгсм), так как направление'волокна на литье не имеет значения, а легированность стали А достаточна, чтобы обеспе­ чить однородность структуры при закалке детали.

При уменьшении легирующих присадок (стали Б, В, Г, Д, Е) в штампованных деталях уменьшается ударная вязкость и конеч­ ная работа излома. Исключением являются результаты сопостав­ ления марок Б и В. Сталь В, хотя и несколько менее легирован­ ная, имеет несколько большие А" и а„. Причиной этого, вероят­

но, является менее качественная термическая обработка дета­ лей из стали Б.

Характер изменения ударной вязкости при переходе от штампованной стали одной марки к другой существенно отли­ чается от характера изменения конечной работы излома. Средняя

3 кгм/см2, т. е. всего на 38%. Вследствие случайных отклонений максимальное значение а„ для стали Е (6,2 кгм/см2) оказалось равным минимальному значению ан для стали В (6,2 кгм/см2). Естественно, что по результатам испытаний небольшого количе­ ства образцов можно прийти к выводу, что ударная вязкость одинакова. Если же оценить вязкость материала конечной рабо­ той излома, то различие в их вязкости будет значительно более резким.

Минимальное значение А" для стали В равно 5,38 кгсм,

тогда как максимальное значение Ам для стали Е равно 1,3 кгсм. Поэтому даже при небольшом количестве испытанных образцов сталь Е по работе излома окажется более хрупкой, чем сталь В.

Подобная оценка совпадает с эксплуатационной стойкостью этих сталей против поломок.

Еще более отчетливо выявляется целесообразность оценки вязкости по работе излома при сопоставлении результатов испытаний образцов из штампованных деталей с результатами

158 Оценка чувствительности к трещинам по величине работы излома

Испытания сварных изделий, работающих под внутренним давлением

При изготовлении сварных изделий из листовой стали 12Х5МА толщиной 2,5 и 3 мм наблюдались разрушения во время контрольных испытаний гидравлическим давлением при расчет­ ных напряжениях, в отдельных случаях доходивших до 24,4 кг/мм2, при пределе прочности материала на гладких образ­ цах выше 100 кг/мм2.

(по содержанию углерода) любой температуре отпуска до 550°, а для верхнего предела — отпуску в интервале 560—570° (см. рис. 82 и 83). Поэтому контроль за температурой отпуска прак­ тически отсутствовал и нередко отпуск изделий проводился в интервале 500—550°. Как было показано в предыдущем разделе, в этом интервале величина работы излома существенно пони­ жена.

В табл. 24 приведены данные по испытанию образцов, выре­ занных из двух разрушенных гидравлическим испытанием изде­ лий, одно из которых (№ 1) было подвергнуто закалке и от­ пуску без соответствующего контроля температуры и хрупко разрушилось при расчетном напряжении о = 48 кг/мм2, а дру­ гое (№ 2) проходило тройную-закалку и равномерный отпуск и вязко разрушилось при напряжении 96 кг/мм2.

Из табл. 24 видно, что относительное удлинение при растя­ жении изделия № 1 больше, чем изделия № 2 (14,5 и 9,75%). Предел прочности у места разрушения также несколько выше для изделия № 1.

У места разрушения измеряемая величина работы излома изделий № 1 равна нулю, тогда как та же работа и в том же месте изделия № 2 равна 36,5—41,0 кгсм.

Вид излома образцов (рис. 88), изготовленных из обоих из­ делий, полностью соответствует характеристике по работе изло­ ма. Образцы из изделия № 1 у места разрушения имеют кри­ сталлический излом, сходный с видом излома при хрупком раз­ рушении изделий при гидравлическом испытании, а образцы,

200° (интервал первого максимума по работе излома на кривых

160 Оценка чувствительности к трещинам по величине работы излома

отлуска), показали вязкое разрушение и разрушающие напря­ жения порядка 120 кг/мм2.

Изделия же, отпущенные при 500°, разрушались хрупко, обычно при пониженных напряжениях. Таким образом, законо­ мерности изменения вязкости стали 12Х5МА при изменении температуру отпуска, выявленные испытанием работы излома,

Рис. 89. Диаграммы статического изгиба надрезанных образцов из аварийной котельной трубы:

правильно отражают прочность изделии при гидравлическом ис­ пытании.

В обоих приведенных выше случаях хрупкое разрушение из­ делий из стали, обладающей малой работой излома, видимо, связано с наличием трещин, не обнаруживаемых при визуаль­ ном осмотре излома. В первом случае это могли быть мелкие трещины, возникшие от приложения циклической перегрузки, а во втором случае трещины, возникшие в сварных швах в про­ цессе сварки или при охлаждении после сварки.

При исследовании причин хрупких разрушений барабанов судовых котлов [149] было установлено резкое различие в вели­ чине работы излома металла, прилегавшего к месту разрушения, и металла вдали от места разрушения. В то же время работа деформации до получения трещин была практически одинако­ вой (рис. 89). Причиной уменьшения работы излома считали местный наклеп металла при изготовлении барабана.

Конечно, величиной работы излома нельзя исчерпывающе охарактеризовать эксплуатационную стойкость деталей. Очень большое значение остается за ооычными средними характери­ стиками сопротивления однократным и повторным деформаци­

162 Оценка чувствительности к трещинам по величине работы излома

Для испытания более хрупких сталей желательно остано­ вить трещину после достижения ею известной глубины и затем уже производить испытание новым нагружением. Однократным непрерывным нагружением осуществить такой процесс очень трудно, так как трещина распространяется практически мгно­ венно. Поэтому в дальнейшем были развиты другие способы, которые позволяют получить трещину определенной заданной глубины с тем, чтобы оценить сопротивление или работу раз­ рушения образца, надрезанного трещиной.