Прочность границ зерен

Существенную роль в образовании хрупкого разрушения играет исходное состояние металла, зависящее от металлургических процессов получения и технологии его дальнейшей обработки. Увеличение размера зерен и ослабление прочности их границ приводит к уменьшению 5к и, следовательно, к повышению критической температуры и снижению уровня критических напряжений при хрупком разрушении (см. рис. 1.5). Повышение сопротивления срезу и уменьшение сопротивления отрыву в результате повышения содержания углерода в стали, понижения температуры отпуска, а также легирования (повышающего отношение предела текучести 5т к сопротивлению разрыву Sk) увеличивают склонность к хрупкому разрушению. Этот эффект наблюдается также после деформационного старения при длительной службе металла в напряженном состоянии при повышенной температуре, наводороживания, радиационного воздействия, накопления циклического и коррозионного повреждений. Указанные эксплуатационные факторы понижают пластичность, прочность границ зерен и сопротивление разрыву. [c.14]

Ошибочность предположения о меньшей прочности границ зерен при высоких температурах доказана экспериментально образцы из заводского слитка латуни Л68, разорванные при температуре горячей прокатки (830 С), деформировались пластично по телу зерен при 100%-ном сужении (рис. 9). При наличии в сб-латуни 0,05 % свинца наблюдалось межкристаллитное разрушение. Если легирующий элемент находится в твердом растворе, то сплав ведет себя как чистый металл. Если при легировании образуется межкристаллитная эвтектика, это приводит к хрупкости. [c.25]

При проведении исследований на более чистых металлах было достигнуто улучшение высокотемпературной пластичности, однако хрупкость при промежуточных температурах сохранилась. Для объяснения такой хрупкости была предложена измененная схема, по которой кривая прочности границ зерен пересекает в зоне средних температур кривую прочности зерен не один, а два раза тем самым зона красноломкости объяснялась пониженной прочностью границ зерен в этом температурном интервале [1]. [c.26]

Исследования последнего времени [4] в области роли сред для сопротивления малоцикловому разрушению при повышенных температурах показали тенденцию к образованию окислов в зоне разрушения и его распространению но границам зерен. Это проявляется и в усилении влияния времени на сопротивление малоцикловой усталости, т. е. чувствительности к частоте v, что уже было описано выражением (1). Переход в область многоцикловой усталости и больших длительностей нагружения, необходимых для разрушения, был охарактеризован двучленным выражением (5) для полного размаха деформаций, которое для более высоких температур и больших времен преобразуется во временную зависимость длительной статической прочности. Усиление фактора времени для условий длительного циклического разрушения связано прежде всего с окислительным и снижающим прочность границ, зерен влиянием среды. Уже ранее на алюминиевых сплавах было. [c.30]

Изменение прочности тела и границ зерен в зависимости от температуры позволяет сделать следующие выводы. В материалах, предназначенных для эксплуатации при низких температурах, особое внимание следует уделять упрочнению тела зерен, тогда как в материалах, используемых для изготовления деталей машин и механизмов, работающих в условиях высокотемпературного нагрева, необходимо в первую очередь увеличивать прочность границ зерен. [c.217]

Во всех рассмотренных примерах прочность деталей, работающих в условиях высокотемпературного нагрева, обусловливается преимущественно прочностью границ зерен. [c.318]

Свинец оказывает наиболее резкое и отрицательное влияние как на жаропрочность, так и эксплуатационную стойкость. Для нейтрализации вредного действия серы в сплавы вводят добавки церия, а для повышения прочности границ зерен сплава — бора. [c.183]

При сварке литых аустенитных однофазных сталей (ЛА1, ЛАЗ) основной трудностью является получение сварных соединений, свободных от трещин в околошовной зоне [37 ], [38 ], [39 ]. Эти трещины, идущие по границам зерен основного металла вблизи зоны сплавления (фиг. 14, а), являются следствием низкой межкристаллической прочности чисто аустенитной литой стали при температурах, близких к температуре солидуса. Возникающие в процессе местного сварочного нагрева высокие сварочные напряжения при наличии низкой прочности границ зерен приводят к образованию трещин. [c.40]

Вводить в сплавы для монокристаллических отливок В и С в качестве элементов, повышающих прочность границ зерен, нет необходимости. Без них не образуются бориды или карбиды, способные послужить местом зарождения разрушения в условиях циклического нагружения или в режимах, реализацию которых лимитирует повреждение материала из-за развития процессов ползучести. Zr — еще один элемент, упрочняющий границы зерен, тоже обычно не вводят в суперсплавы для монокристаллических отливок, поскольку он снижает температуру начала плавления. Чтобы достигнуть благоприятного сочетания усталостной прочности, сопротивления ползучести (длительной прочности) и стойкости против окисления, можно вместо В, С и Zr, упрочняющих границы зерен, воспользоваться добавками других элементов. [c.260]

Рассмотренные особенности влияния легирования на сопротивление ползучести и предела длительной прочности определяют основные требования к структуре и фазовому составу жаропрочных сплавов 1) высокая степень легирования твердого раствора медленно диффундирующими компонентами (Сг, Мо, V и т. д.) 2) присутствие дисперсных частиц фаз-упрочни-телей 3) стабильность структуры 4) прочность границ зерен. [c.141]

К числу крупных достоинств сплавов на железной основе относятся их высокая жаростойкость и высокое электросопротивление, но они недостаточно вязки, крупнозернисты и прочность границ зерен у них низкая, поэтому их прокатка и волочение даже в подогретом состоянии весьма затруднительны. Сплавы с наиболее высоким содержанием хрома и алюминия, например сплав № 4 Корнилова, содержащий 0,05% С 65—68% Сг 7,5—12,5% А1 остальное Fe, применяется в виде литых нагревательных элементов, выдерживающих предельную рабочую температуру до 1500° С и имеющих удельное электросопротивление 2—2,5 о ж [c.411]

Известно, что пластические свойства поликристаллических металлов в значительной степени зависят от прочности границ зерен. Пограничные слои имеют более искаженную кристаллическую решетку, так как на расположение атомов влияют силы поверхностного натяжения, поэтому пограничные слои оказывают большее сопротивление пластической деформации, чем сами зерна. Вследствие этого для мелкозернистых сплавов характерно более высокое сопротивление пластической деформации, и они разрушаются главным образом по зерну. В крупнозернистых сплавах разрушаются в основном границы зерен. Указанное выше положение подтверждается явлением возврата и существованием так называемой равнопрочной температуры, при которой прочность зерна и его границ одинакова. [c.134]

Прочность границ зерен аустенита зависит от их строения более грубые границы, как правило, имеют низкую прочность и разрушаются быстрее, чем тонкие границы.- Строение границ зерен аустенита зависит от условий выплавки стали, природы 208 [c.208]

Нельзя согласиться с мнением автора [42] о наличии у сплавов эквикогезивной температуры, выше которой прочность границ зерен меньше прочности самих зерен. Высокотемпературное разрушение по границам зерен наблюдается только при загрязнении их примесями, например свинцом, образцы чистой латуни разрываются по телу зерен (см. рис. 9) при ф= 100 % [43]. Однако у сплавов закономерности усложнены дополнительным влиянием легирования, приводящего к искажению кристаллической решетки, повышению деформационного упрочнения, температуры рекристаллизации и пр. Еще большие изменения происходят при образовании других фаз, появлении способности к закалке и другим видам термической обработки. Существенное влияние оказывает изменение растворимости легирующего элемента с температурой. [c.177]

Необходимо отметить, что указанные факторы — амплитуда деформации, длительность и максимальная температура цикла — являются основными, но не единственными параметрами, определяющими вид разрушения. Не изменяя в целом вид диаграммы, границы областей, характеризующих разрушения различного вида, можно сдвигать в ту или иную сторону для учета воздействия технологических и экшлуатационных факторов (например, шособа и режима выплавки металла, влияния среды, защитных покрытий). Так, вакуумная выплавка никелевого сплава существенно повышает прочность границ зерен, вследствие чего при одних и тех же условиях нагружения смещается область величин сре, фо Ф 1 в которой разрушение происходит по границам зерен. Наоборот, при активном повреждении границ зерен, например при эксплуатации в газовых средах или при склонности материала к межкристаллитной коррозии, разрушение от термической усталости почти всегда начинается по границам зерен еледовательно, в этом случае уменьшаются области Л и 5 на рис. 58 (по границам зерен развивалось разрушение при нагружении стали 12Х18Н9Т при 750° С тв=1,5 [c.102]

Рис. 4.89. Зависимость прочности границ и тела зерен в металлических жаропрочиыя сплавах от температуры а по Джеффрису б) по М. Г. Лозинскому / — прочность тела зерна 2 — прочность границ зерен / — область транскристаллнческого разрушения / — область межкристаллического разрушения. — температура, при которой

Кроме легирования никельхромистого 7-твердого раствора Ti + Al при одновременном или раздельном введении W и Мо необходимы малые добавки В и Се. При этом бор повышает прочность границ зерен сплавов, уменьшая диффузионную подвижность в межкристаллических слоях, вследствие образования тугоплавких боридов, а церий связывает серу в тугоплавкие соединения (рис. 43). [c.180]

Связь между малой прочностью границ зерен и хрупкостью молибдена подтверяадается и тем, что примеси внедрения в количестве, превышающем чрезвычайно малую предельную растворимость в твердом состоянии (табл. 1.3), выпадают по границам зерен и сильно снижают пластичность металла [23, 92]. [c.10]

Механические свойства отливок со столбчатой микроструктурой аналогичны таковым у монокристаллов ориентировки <001>. Поликристалличность вносит некоторое стеснение в процесс деформирования и тем самым способствует возникновению множественного скольжения. Это приводит к усилению деформационного упрочнения и некоторому повышению предела прочности по сравнению с монокристаллическим материалом ориентировки <001>, однако на предел текучести или пластичность существенного влияния не оказывает. При испытании материала со столбчатой микроструктурой в поперечном направлении следует соблюдать осторожность и убедиться, что в рабочем сечении испытуемого образца заключено достаточно большое количество зерен. Большой разброс поперечных свойств обычно свидетельствует, что зерен слишком мало. Ориентировка зерен в поперечном направлении не упорядочена, так что свойства могут оказаться типичными для монокристаллического материала с любой ориентировкой от <001> до <110>. Пластичность, измеренная при растяжении в поперечном направлении, не является чувствительным индикатором прочности границ зерен, которую лучше оценивать по уровню пластичности в условиях ползучести. [c.266]

Монокарбиды МС (ТаС, Н С, N60, Т1С) обладают наибольшей прочностью и стабильностью до 1300 °С. Они выделяются из расплава по эвтектической реакции (жидкость -> у + МС) и формируются в междендритном пространстве. Многие у - стабилизаторы (Т1, N6, Та, НГ, 2г, V и др.) могут также образовывать карбидьг типа МС. Легирование сплавов гафнием стабилизирует игольчатую структуру карбидов МС, повышая тем самым прочность границ зерен. Двойные карбиды типа МбС на основе (NiзWз) кристаллизуются из расплава, а также возникают в процессе карбидных реакций за счет углерода, освобождающегося в результате растворения при высоких температурах карбидов МС. Карбиды типа МбС стабильны до 1250 С. Карбиды МгзСб, содержащие хром и молибден, устойчивы до 1050 °С. Они выделяются в процессе термической обработки или при распаде карбида МС. [c.362]

В соответствии с выполненными в последнее время исследованиями механизма локальных разрушений можно считать, что они вызваны в первую очередь воздействием ТДЦС и нагрева при термической обработке, а также напряженным состоянием участка околошовной зоны при его деформировании во время эксплуатации. Процессы, способствующие резкому снижению относительной прочности границ зерен, могут быть разбиты на две группы [c.76]

Несмотря иа разное легирование рассмотренных свариваемых материалов, характер образующихся при термической обработке трещин и их механизм идентичны. Преимущественным местам их зарождения является околошовная зона или шов, а трещины носят явно выраженный межзереиный характер. По механизму своего образования они идентичны локальным разрушениям и являются следствием развития процессов высокотемпературной ползучести на стадии межзеренного разрушения. Отличием трещин при термической обработке от эксплуатационных разрушений является лишь разный источник деформации при ползучести в первом случае за счет релаксации сварочных напряжений, а во втором — за счет вненших (рабочих) напряжений. Основной же причиной, вызвавшей их появление, является воздействие термодеформационного цикла сварки, приведшее к снижению при высоких температурах относительной прочности границ зерен слабого участка. [c.96]

В условиях высокой плотности дислокаций и формирования ячеистой структуры приобретают значение новые механизмы развития деформаций поворотные моды [103], термически активируемые процессы [57 ], переползание дислокаций. Определяющим становится взаимодействие не отдельных дислокаций, а дислокационных ансамблей. Недислокационные процессы деформации и разрушения доминируют также при низких гомологических температурах. Естественно, пластичность материалов в таких условиях мала. К примеру, в карбиде и нитриде титана заметную подвижность дислокации приобретают при температурах около 1000° С и важным параметром, определяющим прочностные свойства материалов, оказывается прочность границ зерен и их насыщенность дефектами строения. Большое влияние на подвижность дислокаций оказывает наличие примесей, стехиометрия соединений, число электронов в связных и антисвязных состояниях. [c.6]

При термоциклическом нагружении существуют три области, характеризующие разрушение различного характера область усталостного разрушения, область смешанного и область статического разрушения [28]. Конкретное соотношение величин Де, Гщах, обусловливает тот или иной вид разрушения. Аналогичные данные получены и по другим сплавам. Они свидетельствуют о необходимости учета для характеристики типа разрушения всех факторов, определяющих долговечность при термической усталости. Неучет одного из них может привести к неправильным ёыводам о причинах разрушения. Необходимо отметить, что указанные факторы—амплитуда деформации, длительность и температура цикла являются основными, но не единственными, определяющими вид разрушения. Не изменяя в целом общих закономерностей, большое значение имеют технологические и эксплуатационные факторы, например, способ и режим выплавки металла, влияние среды, защитные покрытия. Так, вакуумная выплавка никелевого сплава существенно повышает прочность границ зерен, вследствие чего в одних и тех же условиях нагружения смещается область значений величин Де, Тт х, in, в которой разрушение происходит по границам зерен. Наоборот, при активном повреждении границ зерен, например при эксплуатации в газовых средах или в случае склонности материала к межкристаллитной коррозии, разрушение от термической усталости почти всегда начинается по границам зерен. [c.176]

В металлах и сплавах с ОЦК и ГЦК решетками, в которых во внутренних объемах зерен не сформировалась развитая субструктура (субзерна), может реализоваться только хрупкий межзеренный рельеф. При значительном ослаблении когезивной прочности границ зерен в изломе также видны трещины, уходящие в глубь металла (рис. 2.33). [c.55]

Выражение (3.12) показывает, что величина не зависит от размера зерна феррита, но зависит от величины и степени ослабления когезивной прочности границ зерен. [c.116]

Типичные степени охрупчивания свариваемых конструкционных сталей при разных его видах представлены на рис. 4.1. Наибольшая степень охрупчивания проявляется в сталях, в которых при сохранении параметров структуры, например, величины зерна, хрупкость вызвана снижением когезивной прочности границ зерен. К таким опасным состояниям относится сегрегация вредных примесей (фосфора и его химических аналогов) по границам зерен при тепловой, водородной и сульфидной хрупкостях. [c.123]

Существенное увеличение частоты случаев разрушения пружин из стали 65Г после отпуска при 320-390 С отмечено в [75]. Развитие межзеренного охрупчивания стали усиливается после гальванического цинкования пружин вследствие дополнительного снижения когезивной прочности границ зерен при адсорбции по ним водорода. [c.138]

Тепловой хрупкостью называется явление охрупчивания стали вследствие длительного воздействия повышенных температур (250-550 С), вызывающих снижение когезивной прочности границ зерен вследствие сегрегации примесей по границам зерен и выделения по этим границам частиц дисперсной фазы. К числу вредных примесей, сегрегирующих по границам зерен, субзерен и раздела фаз, относятся фосфор, мышьяк, сурьма, олово и некоторые другие химические элементы. [c.156]

Снижение когезивной прочности границ зерен в диапазоне температур развития тепловой хрупкости приводит к существенному снижению характеристик трещиностойкости. [c.166]

Из приведенного выражения следует, что критический коэффициент интенсивности напряжений не зависит от размера зерна феррита, но зависит от степени ослабления когезивной прочности границ зерен, оцениваемый по доле межкристаллитного разрушения. Линейная зависимость от 1-/ (рис. 4.32) экспериментально установлена для явления тепловой хрупкости в толстолистовой стали 10Х2ГНМ, подвергнутой в процессе изготовления сосуда давления закалке и многократному отпуску [106]. [c.167]

Длительная (1000-ч) выдержка стали 15Х2МФА-А в среде водорода при Рд = 17- 50 МПа приводит к смещению значений ударной вязкости K V и доли волокна в изломе на 10-15 С. При этом в хрупких изломах ударных образцов суп ественно (до 34%) возрастает доля межзеренного разрушения, указываюш ая на значительное снижение уровня когезивной прочности границ зерен (табл. 4.12). Из табл. 4.12 следует, что только длительная выдержка при повышенной температуре чистой стали 15Х2МФА-А не приводит к ослаблению границ зерен. Сталь 15Х2МФА-А не склонна к тепловой хрупкости при 450-550 С. Это указывает на наводороживание как причину развития межзеренного охрупчивания. [c.176]

Эффект охрупчивания сталей в условиях электрохимической коррозии, вызванный ослаблением когезивной прочности границ зерен, свойствен конструкциям в широком диапазоне сред и условий эксплуатации (табл. 4.13) [116]. Из табл. 4,13 следует, что степень охрупчивания металла сварных швов, как правило, выше, чем основного металла, что указывает на существенный сдвиг температуры вязко-хрупкого перехода в область более высоких температур. [c.178]

На втором этапе воздействия водорода на сталь давление продуктов реакции (главным образом, метана) вызывает снижение когезивной прочности границ зерен. Развитие этого процесса приводит к возникновению микроскопических трещин и выходу продуктов реакции по трещинам из металла. Водород, хемосорбированный на поверхностях отдельных микрополостей, также инициирует процесс растрескивания, вследствие уменьшения поверхностной энергии трещин. [c.185]

Существенное изменение в структуре и химическом составе стали 40Х (0,40% С, 0,0023% О) обнаружено после 240 ч выдержки в среде технического водорода и давлении 20 МПа [123]. Наряду с распадом перлита выявлено большое количество пор. Обезуглероживание обнаружено во всех образцах, подвергнутых и неподвергнутых (2-10%) пластической деформации. Кроме того, в независимости от степени предварительного наклепа после воздействия среды водорода на некоторых границах зерен возникают трещины. Электронная фрактог-рафия подтверждает появление фасеток межзеренного разрушения, указывающих на ослабление когезивной прочности границ зерен. Увеличение содержания кислорода (до 0,020-0,030%) по сравнению с исходным состоянием происходит лишь в предварительно наклепанных образцах. Это увеличение тем больше, чем больше степень предварительной пластической деформации. [c.186]

При диагностировании технического состояния оборудования, эксплуатируемого в условиях возможного проявления водородной коррозии, следует учитывать тепловую хрупкость (см. п. 4.4.2). Ослабление когезивной прочности границ зерен, в результате проявления механизма теплового охрупчивания, возможно в большей степени ответственно за появление межкристаллитного растрескивания элементов конструкций. Для количественной оценки степени охрупчивания металла следует использовать фрактографический метод (п. 3.8 [2]), позволяющий количественно оценить степень охрупчивания стали при использовании регламента контроля оборудования установок гидроочистки, каталитического риформинга и других высокотемпературных блоков [124]. Формализованный расчет эквивалентного времени пребывания металла стенки аппаратов в диапазоне температур развития водородной коррозии не обеспечивает надежной оценки степени повреждения сталей. Это особенно справедливо, учитывая тот факт, что степень теплового охрупчивания существенно зависит от химического состава и структуры материала оборудования. [c.187]

Фрактографический анализ хрупких изломов проб показывает суш ественное ослабление когезивной прочности границ зерен стали 16ГС (табл. 4.16) В наибольшей степени это свойственно металлу обечаек реакторов Р-1 и Р-2. Рассчитанная в соответствии с [2] степень межзеренного охрупчивания также приведена в табл. 4.16. Как следствие развития межзеренной хрупкости на наружной поверхности обечаек коксовых камер выявлена сетка межзеренных микро-треш,ин, распространяющихся в глубь стенки камеры на четыре-восемь зерен. [c.196]

Степень охрупчивания металла, вызванная действием эксплуатационного или технологического фактора охрупчивания, может усиливаться, если охрупчивающий фактор имеет ту же природу охрупчивания (повреждения) ослабление когезивной прочности границ зерен (кристаллитов) или упрочнение матрицы (наклеп, старение, выделение частиц дисперсной фазы). [c.200]

Как следует из работ [174, 175], при существенном ослаблении когезивной прочности границ зерен под воздействием адсорбции водорода [c.276]

С целью количественной оценки возможности разрушения пружин вследствие наводороживания по выражению (5.5) оценивали пороговый коэффициент интенсивности напряжений по степени ослабления когезивной прочности границ зерен, определяемой по величине / (табл. 5.8). В качестве значений эффективной поверхностной энергии хрупкого транскристаллитного скола У и величины Pj использовали значения для стали 40Х, имеющей со сталью 50ХФА одинаковый тип структуры и близкий химический состав [174]. [c.280]

Поверхность разрушения изломов проб, вырезанных из трубы, образована фасетками транскристаллитного скола и межзеренного разрушения (рис. 5.56). Доля межзеренного разрушения существенно варьируется но сечению и окружности трубы. Для трех зон трубы площадью 1,0x1,5 мм каждая, вырезанных вдоль окружности трубы, доля межзеренного разрушения составляет 24,6+2,1, 18,7+2,7 и 28,7+3,0%. Эти данные указывают на заметное снижение когезивной прочности границ зерен в металле стенки трубы. [c.283]

Фрактографический анализ изломов латуни подтвердил частичное ослабление когезивной прочности границ зерен а-фазы (рис. 5.62). Наряду с участками межзеренного разрушения видны участки с вязким ямочным строением. [c.291]

Для случаев разрушения высокопрочных сталей в условиях очевидного наводороживания металла используют даже особый термин замедленное разрушение [185,186] (выявленное при наводороживании гладких образцов под действием упругих напряжений ниже предела текучести). Именно в результате замедленного разрушения чаще всего реализуется преждевременное хрупкое разрушение высокопрочных сталей. Природу этого разрушения обычно связывают с изменением либо сопротивления деформации под воздействием водорода, либо когезивной прочности границ зерен. [c.294]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...