2. Явление усталости и придел выносливости металлов. Метод его определения.

Усталостью металла называется явление разрушения его под действием многократно повторенной (несколько сот тысяч раз) знакопеременной или просто переменной нагрузки при значениях напряжений ниже предела прочности (например, разрушение проволоки при многократных перегибах). Способность металла сопротивляться такому разрушению называется выносливостью, а напряжение, при котором металл разрушается, называется его вибрационной прочностью σвб.

На фигуре показана кривая вибрационной прочности для стали марки Ст. 3 при симметричных знакопеременных циклах нагрузки в зависимости от числа циклов. При большом количестве циклов кривая вибрационной прочности асимптотически приближается к некоторому пределу, называемому пределом выносливости (усталости). Его величина σпвб близка к значению

На вибрационную прочность материала сильно влияют надрезы, резкие изменения сечений и другие факторы, создающие многоосное напряженное состояние.

При разрушении стали от усталости получается хрупкий излом. Это позволяет предполагать, что разрушение может начаться с появления каких-нибудь микротрещин, около которых концентрируются местные напряжения. По мере увеличения циклов переменных нагрузок эти трещины развиваются, способствуя хрупкому излому.

Наши нормы и технические условия предписывают в ряде случаев снижать расчетные сопротивления при расчете конструкций и соединений, испытывающих переменную или вибрационную нагрузки, введением коэффициента γ < 1 (смотрите Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения).

Испытание стали на ударную вязкость

Учитывая вредное влияние хрупкости в сталях, способствующее неожиданному появлению трещин, необходимо иметь возможность сравнительной оценки, позволяющей судить о сопротивляемости сталей переходу в хрупкое состояние.

Такой оценкой может служить сопротивляемость стали удару. Однако вследствие технических трудностей определения усилий, возникающих при ударе, за меру прочности стали при ударной нагрузке принимают не разрушающее усилие или напряжение, а величину работы, идущей на разрушение образца.

Удельная работа, т. е. работа, затраченная на ударное разрушение стандартного образца с надрезом, отнесенная к поперечному сечению (в килограмметрах на 1 см2), называется ударной вязкостью. В пластических сталях вязкость характеризует работу, поглощенную единицей объема материала при пластической деформации. Ударная вязкость это характеристика сравнительная.

3. Опишите электрошлаковый переплав стали.

Электрошлаковый переплав электрометаллургический процесс, при котором металл (расходуемый электрод) переплавляется в ванне электропроводного синтетического шлака под действием тепла, выделяющегося в шлаке при прохождении через него электрического тока. Электрошлаковый переплав, существенно повышающий качество металлов и сплавов, разработан в начале 50-х гг. 20 в. в институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР на основе электрошлакового сварочного процесса (см. Сварка). Расходуемый электрод представляет собой отливку, прокатное изделие или поковку из металла, полученный в мартеновской, дуговой, вакуумноиндукционной печах или кислородном конвертере. В процессе Э. п. температура шлака, состоящего из CaF2, CaO, SiO2, Al2O3 и других компонентов, превышает 2500°С. Капли жидкого электродного металла проходят через слой шлака и образуют под ним слой металла, из которого при последовательном затвердевании в водоохлаждаемом кристаллизаторе формируется слиток

По мере оплавления расходуемый электрод подаётся в шлаковый слой, непрерывно восполняя объём кристаллизующегося металла. Шлак является рафинирующей средой. Электрошлаковое рафинирование металла происходит в плёнке жидкого металла на оплавляющемся конце электрода, при прохождении капель металла через шлаковую ванну и на поверхности раздела шлаковой и металлической ванн.

Изменяя состав шлака и температурный режим процесса, осуществляют избирательное рафинирование металла. В результате Электрошлаковый переплав содержание серы снижается в 2—5 раз, кислорода и неметаллических включений в 1,5—2,5 раза. Слиток характеризуется плотной направленной микроструктурой, свободен от дефектов литейного и усадочного происхождения. Химическая и структурная однородность слитка обусловливает изотропность физических и механических свойств металла в литом и деформированном виде. Способом Электрошлаковый переплав получают слитки массой от десятков г до 200 т практически любой нужной формы, определяемой формой кристаллизатора. Наряду с передельными (для прокатки сортовых профилей, труб и листа) и кузнечными (для ковки, прессования и штамповки) слитками производят фасонные отливки (коленчатые валы, корпуса запорной арматуры, сосуды давления, зубчатые колёса и др.). Электрошлаковый переплав применяется в чёрной металлургии (шарикоподшипниковые, конструкционные, нержавеющие, инструментальные стали, жаропрочные сплавы), цветной металлургии (хромистая бронза, никелемедные сплавы), тяжёлом машиностроении (теплоустойчивые, высокопрочные штамповые, валковые стали). Процесс запатентован и используется по советской лицензии во многих странах.