Критическая температура хрупкости напряженного состояния

Рассмотренные выше параметры внешнего воздействия на материал, изменение геометрических характеристик элемента конструкции в отдельности и все вместе оказывают воздействие на материал через изменение условий протекания пластической деформации. Однако во всех ситуациях соблюдается подобие условий страгивания трещины доминирует нормальное раскрытие берегов трещины (тип I) и в ее вершине в срединных слоях образца или элемента конструкции имеет место объемное напряженное состояние. Минимальная работа разрушения будет определяться максимальной величиной предела текучести, как это следует из условия (2.25). Она достигается при идеально хрупком разрушении материала. Такая ситуация может быть реализована в условиях динамического нагружения, когда материал не успевает реализовать пластические свойства, а также за счет снижения температуры окружающей среды до критической температуры хрупкости. [c.117]

К основным факторам, влияющим на развитие дефектов, относятся напряженно-деформированное состояние, коэффициент жесткости схемы напряженного состояния, температура, градиент температур, остаточные напряжения, количество растворенного в металле водорода, критическая температура хрупкости материала, цикличность изменения температур и нагрузок, внешняя среда. [c.114]

В соответствии с изложенным определение запасов по критическим температурам хрупкости, разрушающим нагрузкам, напряжениям и деформациям выполняют на основе следующих основных характеристик разрушения в хрупких состояниях ( < 4а) — по критическим значениям коэффициентов интенсивности напряжений Кщ (линейная механика разрушения), в квази-хрупких ( С2 i) и вязких (t / l) состояниях — по критическим значениям коэффициентов интенсивности деформаций К ес (нелинейная механика разрушения). [c.77]

Трехосное напряженное состояние может перевести обычно пластичный материал в хрупкое состояние. Последнее может быть выражено в повышении критической температуры хрупкости. [c.296]

Предлагалось оценивать по вдавливанию конуса также склонность к хладноломкости [21]. Изучение профиля наплыва вокруг конического отпечатка на различных металлах (рис. 16.11) показало, что отношение максимальной высоты наплыва h к диаметру конического отпечатка d, измеренному на уровне наплыва, является, по-видимому, устойчивой характеристикой металла, в частности, не зависит от диаметра отпечатка и изменяется пропорционально отношению предела текучести к временному сопротивлению. Так, например, отношение hjd растет с увеличением скорости удара (особенно в области малых скоростей и низких температур), растет с понижением температуры опыта и с понижением температуры отпуска стали. Поэтому предлагалось использовать это отношение для определения критической температуры хрупкости и для установления склонности стали к хрупкому разрушению. Однако при этом необходимо учитывать как изменение трения поверхности конуса по образцу, так и мягкость напряженного состояния, резко отличающую вдавливание, например, от растяжения и изгиба. [c.77]

Сталь перед сваркой подвергают термической обработке на высокую прочность (нормализация или закалка с высоким отпуском). После сварки предусматривается отпуск для снятия напряжений и выравнивания механических свойств в различных участках соединений. К сварным соединениям предъявляется требование равнопрочности с основным металлом в сочетании с определенными значениями ударной вязкости, пластичности и ряда специальных свойств, характеризующих работоспособность соединений в соответствующих условиях (например, критическая температура хрупкости и сопротивление хрупкому разрушению в условиях ударных или статических нагрузок при низких температурах пределы длительной прочности и ползучести сопротивление локальному разрушению при повышенных температурах и сложном напряженном состоянии и т. д.). [c.42]

Испытания высоко- и низкоуглеродистых сталей позволили установить, что с уменьшением содержания углерода критическая температура хрупкости смещается в зону более высоких температур, при этом влияние вида напряженного состояния увеличивается (рис. 211). Эти результаты находятся в соответствии с данными А. П. Гуляева [98], полученными при испытаниях четырех сталей, содержащих 0,19 0,28 0,42 и 0,55% С, В то же время в литературе опубликованы работы, в соответствии с которыми повышение содержания углерода в стали приводит к повышению критической температуры хрупкости [621 ]. [c.385]

Критическая температура хрупкости этой стали при переходе от напряженных состояний, близких к чистому сдвигу и двухосному равномерному растяжению, смещается в сторону высоких температур более чем на 60 град (рис. 212). [c.385]

Таким образом, степень влияния вида напряженного состояния на ресурс пластичности металла при низких температурах и уровень критической температуры хрупкости зависит от природы материала, его химического состава и структурного состояния. В отдельных случаях соотношение между компонентами тензора напряжений может быть ведущим фактором среди способствующих и определяющих хрупкое разрушение конструкций. [c.386]

Рис. 23. Зависимость критической температуры хрупкости от напряженного состояния

В то же время, известно, что сварочные напряжения снижают прочность конструкций из хрупких материалов, неспособных давать пластические деформации. Следовательно, в конструкциях из малоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, внутренне уравновешенные сварочные напряжения могут снизить прочность сварного соединения лишь в том случае, если материал сварного соединения будет приведен в хрупкое состояние, т. е. практически полностью потеряет способность пластически деформироваться. Такое состояние материала может иметь место при температурах ниже критической температуры хрупкости, которая зависит от формы образца. В этом случае сварочные напряжения, суммируясь с напряжениями от внешней нагрузки, приведут к снижению величины разрушающей нагрузки. Однако, если этим исключительно тяжелым условиям работы предшествовала работа конструкции в более легких условиях (например, при положительной температуре), то снижения разрушающей нагрузки не произойдет вследствие смягчения остроты концентратора напряжений за счет пластических деформаций, происшедших при предшествующих нагружениях. Этим и объясняется то обстоятельство, что в реальных конструкциях при статических нагрузках практически не наблюдается снижения прочности от действия остаточных напряжений. [c.97]

Упомянутые авторы показали также важность остаточных напряжений и объемного напряженного состояния в больших объемах матернала. При теоретических исследованиях возникновения хрупкого разрушения материала в условиях объемного напряженного состояния при температуре ниже критической температуры хрупкости можно исходить из теории предельного состояния для материала, прочность которого при сжатии значительно выше, чем при растяжении. В соответствии с опубликованными данными измерений [231] была по- [c.438]

Таким образом, всегда следует считаться с возможностью перехода деталей машин и целых конструкций в хрупкое состояние вследствие эксплуатации нх при низких температурах, а также в результате сме щения критической температуры хрупкости в область рабочих температур под влиянием больших скоростей приложения нагрузки или увеличения жесткости (объемности) напряженного состояния, Критиче- [c.77]

Влияние характера напряженного состояния, состояния поверхности, размера образцов на хладноломкость. Влияние скорости деформации на критическую температуру хрупкости (таблица, рис, 4, 5, 6) [c.79]

Согласно гипотезе, выдвинутой акад. А. Ф. Иоффе, критическая температура перехода материала в хрупкое состояние на графике напряжение — температура определяется точкой пересечения кривых, изображающих зависимость хрупкой прочности материала (сопротивления отрыву) и предела текучести от температуры (рис. 1). Отсюда следует, что с повышением предела текучести (под влиянием изменения состава, внутреннего строения или состояния сплавов, а также из-за увеличения скорости деформирования) критическая температура хрупкости смещается к более высоким температурам (кривая 2 рис. 1). К такому же результату приводит понижение сопротивления отрыву отр под влиянием, например, увеличения в материале внутренних дефектов. [c.62]

Прогрев ротора следует выполнять особенно внимательно, так как каждый материал имеет критическую температуру хрупкости, которая для хромомолибденованадиевых сталей, из которых изготовляют роторы, лежит в диапазоне 80—100°С. Если температура металла меньше указанной, он разрушается хрупко при более высокой температуре разрушение сопровождается большой пластической деформацией. Чтобы избежать хрупкого разрушения, при пусках турбины из холодного состояния ротор прогревают на малых частотах вращения, когда напряжения в нем незначительны. [c.186]

В процессе разворота производятся выдержки, при которых частота вращения остается неизменной. Эти выдержки необходимы для равномерного прогрева ротора и корпуса турбины для удержания в допустимых пределах относительного удлинения ротора и температурных напряжений в роторе и корпусе. Необходимость прогрева ротора на малых частотах вращения особенно важна для пуска из холодного состояния, когда из-за высокой критической температуры хрупкости материала ротора имеется опасность хрупкого разрушения. В начальный период пуска из холодного состояния необходима выдержка для удаления из корпуса турбины образующегося конденсата. [c.452]

Изучение влияния низких температур на прочностные и деформационные характеристики металлов представляет значительный интерес в связи с исследованием проблемы хрупкости. Склонность материала к хрупкому разрушению в настоящее время оценивается величиной ударной вязкости, определяемой энергией разрушения призматического образца с надрезом, или величиной критического коэффициента вязкости разрушения, определяемой по диаграмме растяжения образца с трещиной. Обе характеристики являются интегральными характеристиками материала и отражают совместное влияние скорости деформации, температуры, напряженного состояния и распределения деформаций по объему материала. Испытания на растяжение обеспечивают возможность изучения раздельного влияния скорости и температуры. [c.129]

Критический интервал температур, в котором наступает снижение ударной вязкости, помимо всех перечисленных факторов, зависит от размеров образца (изделия). С увеличением размеров и объема образца критический интервал хрупкости передвигается в сторону высоких температур. Чем больше изделие, тем меньше хрупкая прочность, тем вероятнее возможность хрупкого его разрушения в условиях данного напряженного состояния [19]. [c.96]

Назначение отпуска. Когда требуется ослабить или устранить внутренние напряжения и хрупкость, уменьшить твердость и увеличить вязкость стали до желаемого предела, производят отпуск. Отпуском называется нагрев закаленного сплава до температуры не выше критической точки и перевод в более устойчивое состояние, но без доведения до полностью равновесной структуры, достигаемой отжигом. [c.187]

Повышение сопротивления элементов конструкций хрупкому разрушению с учетом изложенных выше основных механических закономерностей возникновения,развития и остановки хрупких трещин должно осуществляться путем рационального проектирования, правильного выбора металла и технологии изготовления, контроля и наблюдения за состоянием конструкций в эксплуатации. При этом задача сводится к обеспечению возможности снижения критической температуры хрупкости и повышения разрушающего напряжения. Решение этой задачи достигается снижением концентрации напряжений, уменьшением возможности динамических перегрузок, применением термической обработки сварных соединений, снижением начальной дефектности конструкций. Значительное снижение критической температуры возможно в результате легирования термообрабатываемых сталей при этом наибольший эффект достигается при легировании сталей никелем. [c.68]

Испытания на ударную вязкость проводятся по ГОСТу 9454—60 на призматических образцах 10X10X55 мм с надрезами различной формы. Применяют также образцы с дополнительно нанесенной усталостной трещиной. Надежность работы материала при этом определяется по назначаемой минимальной величине ударной вязкости или по значению критической температуры хрупкости. Сочетание высокой скорости деформирования и надреза настолько усложняет напряженное и деформированное состояние материала, что теоретический анализ ударной вязкости до сих пор не осуществлен. [c.34]

В связи с этим оценка склонности реакторных сталей к хрупкому разрушению по результатам испытаний стандартных образцов на ударную вязкость принималась необходимой, но недостаточной для предотвращения опасности хрупкого разрушения. В конце 50-х-начале 60-х годов в СССР, США и Англии были проведены испыгания крупногабаритных образцов толщиной от 50 до 250 мм и шириной от 200 до 1200 мм [2, 7, 14, 16]. Эти образцы имели острые надрезы типа дефектов и трещин, сварные швы часть образцов подвергалась предварительному деформационному старению. Для испытаний таких образцов были использованы уникальные установки с предельными усилиями от 1500 до 8000 тс (15-80 МН), По результатам проведенных испьпаний была определена область критических состояний, характеризуемых резким уменьшением прочности и пластичности реакторных сталей как для стадаи возникновения, так и для стадии развития хрупких трещин. В последнем случае при температурах ниже критических разрушающие напряжения оказывались весьма низкими (0,05-0,15 от предела текучести). При наличии высоких остаточных напряжений от сварки разрушения крупногабаритных образцов с дефектами также происходили при низких номинальных напряжениях от нагрузки. Этими оп<,пными данными была обоснована необходимость расчета прочности атомных реакторов [5] по критическим температурам хрупкости и разрушающим напряжениям кр хрупких состояниях с введением запасов [ДГ] и кр соответственно, а также важность проведения термической обработки для снятия остаточных напряжений. [c.39]

Дальнейшим шагом вперед в установлении критериев вязкохрупкого перехода стало использование для определения критических температур хрупкости температурных зависимостей показателей трещиностойкости на образцах линейной механики разрушения. Это позволило регламентировать напряженно-деформированное состояние в зоне трещины путем обеспечения условий плоской деформации в зоне пластической деформации у кончика трещины, повысить достоверность результатов и получить сопоставимые значения критических температур хрупкости для сплавов с различной исходной стрз турой и химическим составом. [c.182]

Ю. Я. Мешковым и Г. А. Пахаренко [75] было отмечено, что /С 1 в отличие от / мс не является константой материала, так как немонотонно зависит от размера зерна, существенно различается для разных условий нагружения в момент страгивания трещины при статическом, циклическом или ударном видах нагружения. В то же время критерий Rне зависит от условий нагружения и масштабного фактора и может быть определен по данным испытания лабораторных образцов в условиях хрупкого или вязкого разрушения. При хрупком разрушении сопротивление микросколу численно равно минимальному значению напряжения хрупкого разрушения Ос, реализующегося при критической температуре хрупкости при этом =ас ао.2 [75]. Эксперименты, проведенные на большой группе углеродистых и низколегированных сталей в различном структурном состоянии, показали, что сопротивление микросколу при вязком разрушении можно определить по соотношению [c.89]

Рис. 4. Зависимость критической температуры хрупкости от жесткости напряженного состояния (Хейндльхофер)

Таким образом, всегда следует считаться с возможностью перехода деталей машин и целых конструкций в хрупкое состояние рследствие эксплуатации их при низких температурах, а также в результате смещения критической температуры хрупкости в область рабочих температур под влиянием больших скоростей приложения нагрузки или увеличения жесткости (объемности) напряженного состояния. Критическая температура хрупкости может служить относительным критерием склонности материалов к хрупким разрушениям. [c.62]

Несомненно, что хорощими пластическими свойствами должен обладать основной и наплавленный металл сварной конструкции. Успокоенные, раскисленные малоуглеродистые стали не только хорошо сопротивляк>тся образованию горячих трещин три сварке изделий, но и не чувствительны к старению и обладают низкой критической температурой хрупкости. Поэтому эти стали не склонны в сварных соединениях к образованию трещин в холодном состоянии. Однако даже наиболее пластичные материалы, какими являются малоуглеродистые спокойные стали, становятся хрупкими, если поле напряжений становится объемным. [c.214]

Температура перехода из одного состояния в другое получила название критической т е м п е р а т у ры Хрупкости. Чем она ниже, тем при прочих равных условиях шире область температур вязксрго состояния, при котором Oj. < Однако такие важнейшие факторы, как вид напряженного состояния и существование у одного и того же материала двух физически- различных сопротивлений разрушению, в этой Схеме не отражены. [c.12]

Прочность при низких температурах. Хрупкое разрушение стальных конструкций наблюдается особенно часто при низких температурах. Упомянутые выше случаи разрушения резервуаров а судов происходили при температурах ниже нуля. В условиях крайнего севера, где металлические конструкции и механизмы работаюг зачастую при температурах —40° и —50°, хрупкие разрушения, особенно часты, и проектирование сооружений, работающих в этих, условиях, требует особого внимания. Явление хрупкости стали при низких температурах получило название хладноломкости. Схематическое объяснение хладноломкости может быть следующее (А. Ф. Иоффе,. 1924 г.). Пластические свойства металла в сильной степени зависят от температуры, предел текучести с понижением температуры повышается. В то же время сопротивление отрыву практически не зависит от температуры. Поэтому при низких температурах условия перехода от хрупкого разрушения к пластическому меняются и отрыв становится возможным прежде, чем наступит пластическое состояние. В частности, и при растяжении может случиться, что образец разорвется прежде, чем появятся пластические деформации. Не у всех металлов оказывается возможным получить хрупкое разрушение при растяжении за счет понижения температуры металлы с гранецеитри-рованной решеткой сохраняют пластические свойства при весьма низких температурах, среднеуглеродистая сталь, весьма пластичная в обычных условиях, становится хрупкой при растяжении лишь при температуре жидкого водорода. При динамическом деформировании, предел текучести оказывается выше, чем при статическом, поэтому критическая температура хладноломкости, то есть температура перехода от вязкого разрушения к хрупкому, повышается, В опытах Давиденкова Н. Н. (1936 г.), который испытывал на ударное растяжение цилиндрические образцы из среднеуглеродистой стали, критическая температура получилась —95° для крупнозернистой структуры и — 160° для мелкозернистой. При сложном напряженном состоянии, например в месте концентрации напряжений, условия перехода от пластического разрушения к хрупкому будут другими и критическая температура, определенная в этих условиях, отличается от критической температуры, найденной путем испытания гладких образцов иа растяжение. В настоящее время не существует теории, которая позволяла бы надежным образом производить расчеты на прочность в условиях низких температур с тем, чтобы предусматри вать возможность хрупкого разрушения, однако надлежащий выбор, материалов и соблюдение некоторых конструктивных и технологических предосторожностей позволяют избежать хладноломкости. [c.411]

Наблюдаемый одновременно эффект охрупчивания (снижение энергоемкости разрушения, повышение температуры хладноломкости и т. д.) менее удовлетворительно объясняется существующей теорией деформационного старения [7]. Блокирование дислокаций примесными атомами должно увеличивать вероятность возникновения и развития хрупких трещин, так как уменьшается возможность релаксации упругих напряжений за счет пластической деформации. При этом, как показано в работах [43, 44, 45, с. 157], возрастает интенсивность температурной зависимости предела текучести по сравнению с деформированным состоянием, что обычно связывают с увеличением склонности к хрупкому разрушению при снижении температуры нагружения. Однако хрупкость деформационно состаренной стали обьйчно оказывается более высокой не только по сравнению с деформированным, но и по сравнению с исходным состоянием (например, отожженным). В то же время блокировка дислокаций после отжига должна быть более сильной, чем после деформационного старения или, по крайней мере, одинаковой. Поэтому понимание природы охрупчивания при деформационном старении требует, по-видимому, более тщательного изучения природы влияния самой деформации на хрупкость. Это можно сделать, например, с помощью энергетических схем вязкого и хрупкого разрушения [46]. С возрастанием плотности дислокаций увеличивается величина упругой энергии, запасенной в металле. Эта величина, а следовательно, и плотность дислокаций не может превосходить определенного критического значения, которое определяется наступлением разрушения. С учетом неоднородности распределения дислокаций уже небольшая предварительная деформация может создать в отдельных объемах критическую плотность дислокаций. Если при последующем нагружении только некоторые из них релаксируют в трещину, то вследствие локальности процесса разрушения это уменьшит работу зарождения трещины. Степень релаксации упругих напряжений путем пластической деформации при развитии трещины будет меньше в деформационно состаренной стали не только вследствие блокировки дислокаций примесными атомами, но и вследствие более высокой исходной плотности самих дислокаций. Другими словами, достижение критической плотности дислокаций в деформационно состаренной стали требует меньшей дополнительной деформации, чем достижение указанной плотности в исходном (отожженном) состоянии. Это можно учесть в предлагаемых уравнениях хрупкого разрушения [7] через уменьшение величины эффективной поверхностной энергии стали после деформации и старения. [c.28]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...