Порог хладноломкости

Как уже отмечалось ранее, железо, сталь и металлы, и сплавы в основном с ОЦК решеткой могут разрушаться хрупко или вязко в зависимости от температурного порога хладноломкости. Зная порог хладноломкости и рабочую температуру эксплуатации материала, можно оценить его температурный запас вязкости, под которым понимают интервал температур между порогом хладноломкости и рабочей температурой. Чем больше температурный запас вязкости, тем меньше опасность хрупкого разрушения. При небольшом запасе вязкости в результате случайного снижения температуры, роста зерна, загрязнения металла вредными примесями и т. д. порог хладно­ломкости может повыситься, это приведет к хрупкому разруше­нию.

Порог хладноломкости определяют при испытании ударным изгибом надрезанных образцов для разных температур. Затем строят кривую зависимости ударной вязкости от температуры (рис. 18). Для многих сталей на кривой зависимости KСU –  t трудно определить порог хладноломкости.

Поскольку хрупкий и вязкий характер разрушения при удар­ном изгибе для стали можно четко различить по виду излома, порог хладноломкости нередко определяют по количеству во­локна (В, %) матовой – волокнистой составляющей в изломе. Количество волокна в изломе определяется как отношение пло­щади волокнистого (вязкого) излома к первоначальному расчет­ному сечению образца. Далее строится сериальная кривая про­цент волокна – температура испытания .

14. Понятие металлического сплава. Понятие «компонент», «фаза», «структура». Типы структур сплавов.

Сплав – вещество, полученное сплавлением нескольких элементов. Другими словами, сплав – это твердое вещество, обладающее всеми признаками металлов и состоящее из 2-х и более химических элементов. Состоят из основы (одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплавлегирующих и модифицирующих элементов, а также из неудалённых примесей .

Компонент – элемент или химическое соединение, входящее в состав сплава (элементы или химические соединения, образующие сплав). Компонент, преобладающий в сплаве количественно, называется основным. Компоненты, вводимые в сплав для придания ему нужных свойств, называются легирующими.

Фазовая составляющая (фаза) – однородная часть сплава, характеризующаяся определенным составом, свойствами, типом кристаллической решетки и отделенная от других частей сплава поверхностью раздела .

Структура –совокупность устойчивых связей материала, обеспечивающих его целостность и сохранение основных свойств при внешних и внутренних изменениях.

Виды сплавов по структуре. По характеру взаимодействия ком­понентов все сплавы подразделяются на три основных типа: механи­ческие смеси, химические соединения и твердые растворы.

В зависимости от температуры и содержания углерода железоуглеродистые сплавы могут содержать следующие фазы: аустенит, феррит, цементит и графит. Структурные составляющие этих сплавов могут состоять из одних этих фаз, а также из их смесей (ледебурита — эвтектическая смесь аустенита и цементита; перлита — эвтектоидная смесь феррита и цементита).

Аустенит является твердым раствором углерода в γ-железе. Предельная концентрация углерода в аустените составляет 0% при 1145°. С понижением температуры растворимость углерода в аустените уменьшается до 0,08%. Такую предельную концентрацию аустенит имеет при 723°. Эта температура является одновременно нижней границей существования устойчивого аустенита в углеродистых сталях. Сталь, имеющая структуру аустенита, немагнитна и обладает большой пластичностью. Растворимость углерода в Fеγ значительно больше, чем в Fеα, и достигает 2,14% при температуре 1147 °С. Аустенит в железоуглеродистых сплавах существует только при высоких температурах.Имеет твердость НВ 160…200.

Феррит представляет собой твердый раствор углерода в α-железе. В α-железе при 727° растворяется до 0,02% углерода, феррит характеризуется незначительными величинами твердости и прочности и высокой пластичностью.Механические свойства феррита сильно зависят от величины зерна. Растворимость углерода в Fеα составляет от 0,01% при температуре О °С до 0,02% -- при температуре 727 °С. Феррит имеет низкую твердость (НB 80) и прочность, но высокую пластичность (б ≈ 50%).

Цементит — это химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fе3С. Цементит содержит около 6,67% углерода, весьма тверд и хрупок. Твердость ≈ НВ — 800 , но пластичность (δ≈1%). Чем больше цементита в железоуглеродистых сплавах, тем большей твердостью и меньшей пластичностью они обладают.

Перлитом называют механическую смесь феррита и цементита, образующуюся при эвтектоидном распаде медленно охлаждаемого аустенита. Концентрация углерода в перлите составляет 0,8%. и является продуктом распада аустенита при температуре 727 °С (НВ 200...250; δ= 10...20%, δв = 600...650 МПа).

Ледебурит — это механическая смесь аустенита и цементита, образующаяся при кристаллизации жидкого сплава, содержащего 4,3%С. Механическая смесь аустенита и цементита при температуре выше 727 °С и перлита и цементита при температуре ниже 727 0С называется ледебуритом (Л). (НВ 700; δ = 2%) при 1147°С.

Графит представляет собой свободный углерод, расположенный в основной массе металла в виде пластинок или зерен. Он образуется либо за счет распада цементита, либо выделяется н I пересыщенных жидких или твердых растворов.