1.5 Влияние различных факторов на конструкционную прочность материалов

Влияние температуры

Как было сказано ранее, характер разрушения материала зависит не только от его марки (по существу, химического состава), но и от условий испытания: температуры, скорости нагружения, вида напряженного состояния, наличия концентраторов напряжений, влияния среды и многих других. Рассмотрим влияние некоторых конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, иллюстрируя его конкретными данными.

Влияние температуры на характер разрушения хорошо известно: как правило, при повышении температуры прочность сталей и сплавов снижается, а пластичность растет (за исключением отдельных температурных диапазонов, в которых у некоторых материалов в связи со структурно-фазовыми превращениями пластичность падает, иногда значительно).

Н

Рис. 1.15. Изменение характеристик прочности и пластичности углеродистой и легированной хромоникелевой сталей с ростом температуры

а рис. 1.15 представлены зависимости предела текучести  _0,2, временного сопротивления  _В и относительного поперечного сужения  от температуры углеродистой и легированной хромоникелевой сталей; области их применения приведены в табл.1.2.

Марка стали	Характеристика и назначение
Сталь 35	Конструкционная углеродистая качественная. Детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.
08Х18Н10Т	Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная аустенитного класса. Сварная аппаратура, работающая в средах повышенной агрессивности, теплообменники, муфели, трубы, детали печной арматуры, электроды искровых зажигательных свечей.

Таблица 1.2 Области применения Стали 35 и 08Х18Н10Т

К

Рис. 1.16. Изменение предела текучести и предела прочности, а также падение пластических свойств углеродистой стали с понижением температуры

Рис. 1.17. Изменение упрочнения углеродистой и легированной хромоникелевой сталей с понижением температуры при линейном и плоском напряженных состояниях

ак видно, механические характеристики обеих сталей следуют общим тенденциям. Отметим особенность конструкционной Стали 35 – практически линейную зависимость параметра  (Т) и вместе с тем резкое падение пластичности в диапазоне 650…750С. Характеристики нержавеющей жаропрочной стали 08Х18Н10Т при повышении температуры более стабильны; примечательно наличие своеобразного платó в диапазоне температур 300…600С, когда они практически неизменны. При понижении температуры одновременно с ростом характеристик прочности  _0,2 и  _В происходит их сближение и, соответственно, снижение характеристик пластичности (рис. 1.16). При низких климатических и, тем более, криогенных температурах наблюдаются хрупкие разрушения элементов конструкций из материалов, отличающихся в нормальных условиях хорошими пластическими свойствами. Переход к хрупкому разрушению определяется критической температурой Т_kр, при этом изменение механизма разрушения может сопровождаться падением критического (разрушающего) напряжения.

Из рис. 1.17 следует, что характер изменения отношения при падении температуры может быть различным: у углеродистой Стали 35 это отношение приближается к единице при температуре около –260С; у нержавеющей хромоникелевой стали оно при снижении температуры, наоборот, уменьшается. В обоих случаях при двухосном растяжении (штриховые линии) указанное отношение оказывается выше, чем при одноосном. Нетрудно сделать вывод, что для конструкций, эксплуатирующихся при низких климатических температурах, сталь Х18Н10Т – предпочтительнее, поскольку проявляет бóльшее (и увеличивающееся с падением температуры) упрочнение. К тому же в этих условиях она обладает гораздо более высокой пластичностью: при охлаждении от 20 до –200С ее относительное поперечное сужение  изменяется от 63 до 56 %, в то время как у Стали 35 величина  снижается с 58 до 14 %, что значительно увеличивает опасность хрупкого разрушения.