книги из ГПНТБ / Хрупкие разрушения сварных конструкций

ние в зависимости от предварительной деформации е„ при 300° С изменялась, как показано на рис. 5—7, б.

В случае предварительной деформации, которой соответ­ ствовало более, чем 4 муаровых линии, охрупчивание было полным; дополнительной пластической деформации при —35° С не происходило. Если число муаровых колес было менее 4, то наблюдалось менее резкое охрупчивание. Разрушение при низ­ ком уровне напряжений проявлялось при предварительной деформации, соответствующей 2,5 линиям и больше.

Р а зл и ч н а я ст еп ен ь п р ед в а р и т ел ь н о й д еф о р м а ц и и при р а зн ы х т е м п е р а т у р а х и д и а г р а м м е

ск л он н ости стал и к охр у п ч и в а н и ю

На рис. 8 приведены все результаты испытаний на растяже­ ние одной и той же стали при температуре —35° С. Разрушения при низких напряжениях показаны крестиками, при высоких —

о 1 2 3 k 5 6 7 8 9 10 11 12 £ у

Рис. 8. Диаграмма склонности стали к хрупкому разрушению: + малая деформация при растяже­ нии (хрупкое разрушение при низких напряжени­

ях );® — значительная деформация при растяже­ нии (разрушение при высоких напряжениях)

кружочками. Поле, занятое крестиками, можно отделить С-образной кривой от области разрушений при высоких напря­ жениях. Внутри С-образной кривой можно провести вторую (пунктирную) С-образную кривую, ограничивающую зону

172

хрупких разрушений от малой нагрузки, при которых не наблю­ далось дополнительной пластической деформации. Положение С-образных кривых характеризует склонность стали к охрупчи­ ванию, обусловленному температурой и предварительной пла­ стической деформацией. Внешняя кривая отвечает некоторому ресурсу пластической деформации, сохранившемуся у вершины трещины; внутренняя кривая соответствует практически полной

точке А на рис. 8; он возник в результате предварительной де­ формации в 1,5 муаровых линии при 150° С. Деформация после испытания на растяжение при —35° С показана на рис. 9, б: при разрушении, которое произошло при напряжении 34,7 кгс/мм2, появилось дополнительно 12 муаровых линий.

Охрупчивание, соответствующее точке С на рис. 8 и показан­ ное на рис. 10, было получено пластической деформацией

173

в 9 муаровых линий при 100 С. Деформация после испытания на растяжение при —35° С показана на рис. 11; никаких допол­ нительных линий при разрушении, наступившем при напряже­ нии 3 кгс/мм23, не появилось.

Взаключение можно отметить следующее:

1.Метод муара позволяет количественно определить потерю пластической деформации в образце с надрезом в результате

деформационно-теплового ох­ рупчивания. Фотография таких муаровых рисунков дает кар­ тину охрупчивания стали.

S. кгс/ппг

2. Внешняя нагрузка при хрупком разрушении от низких напряжений пропорциональна оставшемуся ресурсу пластиче­ ской деформации у вершины надреза. Рис. 12 иллюстрирует такую зависимость. Наклон прямой зависит от формы и раз­ меров образцов.

3. Последствия деформационно-теплового охрупчивания проявляются лишь ниже температуры хрупко-вязкого перехода. Вблизи этой температуры наблюдаются переходные явления. Для значительной степени охрупчивания в общем случае с пони­ жением температуры возможны следующие случаи: вязкое разрушение при высокой нагрузке; появление хр_упкой трещины

174

при малой нагрузке, а затем вязкое разрушение при большой нагрузке, как это показано на рис. 13 и будет рассмотрено ниже; появление хрупкой трещины при малой нагрузке, затем хрупкое

быть уменьшены и даже совсем устранены термообработкой при температуре значительно большей, чем 450° С. Термин «значи­ тельно» говорит о том, что пока нет достаточных данных, чтобы решить, какая температура термообработки должна быть выбра­ на в каждом конкретном случае.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПЛАСТИЧНОСТИ

С точки зрения металловедения природа охрупчивания, вызванного пластической деформацией в интервале температур 200—400° С, пока недостаточна ясна. В частности, металлогра­ фические исследования оказались безуспешными; возможно, что

175

удастся пролить свет на природу этого явления с помощью электронного микроскопа.

И хотя до сих пор нет удовлетворительного объяснения механизма деформационно-теплового охрупчивания, можно восстановить исходящую пластичность стали с помощью тер­ мообработки. Повышения пластичности можно добиться, если температура обработки будет выше 400° С. При этом время выдержки, по-видимому, существенно не влияет на величину

.получаемой пластичности. Лягасс и Гофмане [14] продемонстри­ ровали эффективность такого нагрева до относительно невысо­ кой температуры на тонких пластинах, охрупченных пластиче­ ским изгибом при различных температурах.

С другой стороны, некоторые испытания показали, что термическая обработка стали (не подвергнутой охрупчиванию) может привести к потере пластичности, если продолжительность нагрева слишком велика. Это обстоятельство является весьма важным, так как на практике может случиться, что в процессе сооружения конструкции нагрев ее для снятия напряжения может быть в общей сложности довольно продолжительным.

Охрупчивание, как правило, локализуется в зонах сварки, поэтому термообработка должна быть такой, чтобы она обеспе­ чивала восстановление пластичности в охрупченных участках, но не вызывала охрупчивания в основном металле.

Возможность восстановления пластичности охрупченной стали можно проиллюстрировать на примере исследований, выполненных в Евратоме [6, 15]. Испытывали образцы из стали

сти термической обработки такие же испытания были проведе­ ны еще на двух образцах: образце DA23, пластически де­ формированном на 10% при 300°С, и образце DA25, не под­ вергшемся ни охрупчивающей, ни восстановительной обра­ ботке.

Наиболее показательным для оценки склонности к охрупчи­ ванию является величина деформации при максимальной нагрузке; простой нагрев до 500° С очень сильно восстанавли­ вает пластичность. Однако восстановление тем лучше, чем выше температура и чем продолжительнее выдержка (образец DA22). Увеличение выдержки для неохрупченной стали вызывает наибольшее изменение истинной деформации, но снижает удар­ ную вязкость.

' 176

20. Режимы восстановительной обработки

Глава 5

в л и я н и е снятия ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ

ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Надежность клепаной конструкции зависит главным обра­ зом от остаточных напряжений, обусловленных наличием за­ клепок, посредством которых соединены части конструкции. Обычно не принято снимать остаточные напряжения в такой конструкции по окончании сборки. Сварные же конструкции во многих случаях подвергают снятию напряжений, чтобы избе­ жать возникновения хрупкого разрушения. Что именно послу­ жило исторически поводом к снятию напряжений, точно не известно, однако некоторые возможные причины можно предпо­ ложить. Например, очевидна связь между наличием остаточных напряжений и искажением формы конструкции; в таком случае снятие напряжений будет способствовать сохранению стабиль­ ности размеров конструкции. Внедрение газовой сварки в произ­

испытано множество сварных образцов. Когда начали применять электросварку, было установлено, что нагрев (отпуск) после сварки значительно увеличивает пластичность наплавленного металла.

Доказательств того, что идея снятия напряжений возникла исключительно для уменьшения опасности хрупкого разрушения в сварных стальных конструкциях, нет, однако со временем эта проблема стала весьма острой в связи с разрушением корпусов кораблей, тогда как сварные сосуды давления практически никогда не разрушались при низких напряжениях. Причина заключалась в том, что сосуды давления, в отличие от корпусов кораблей, после сварки подвергались снятию напряжений. Разрушение сосудов давления, если и происходило, то только при больших перегрузках.

Точка зрения о роли остаточных напряжений была кратко сформулирована Харрисом [1]: «...гипотеза о том, что остаточные напряжения вызывают разрушение конструкций, была очень полезной, так как метод снятия напряжений, основанный на этой