3. Факторы, влияющие на хрупкое и вязкое состояние металлов

Прочность материалов оценивается по:

1. сопротивлению пластическому (вязкому) разрушению — сопротивлению срезу S_к;

2. сопротивлению хрупкому разрушению — сопротивлению отрыву S_от.

Если в условиях нагружения , то происходит хрупкое разрушение; при— вязкое. Наиболее удобно характеризовать вязкое и хрупкое состояние материала в конкретных условиях сравнительными величинамиS_0Т, S_k, _Т.

Влияние температуры нагружения.На рис. 45 приведена схема, поясняющая переход материала из вязкого в хрупкое состояние. Схема предложена А. Ф. Иоффе и развита Н. Н. Давиденковым. Линия 1 на схеме показывает сопротивление материала отрыву S_0Т с изменением температуры, кривая 2 - изменение предела текучести _т гладкого образца, кривая 3 — изменение предела текучести _т образца с надрезом при изменении температуры. Когда нагружение гладкого образца происходит при температуре выше Т_кl, раньше достигается предел текучески _т, и в материале происходит пластическая деформация, которая при дальнейшем росте напряжений приведет к вязкому разрушению. Когда температура и нагружения ниже T_kl — раньше достигается сопротивление материала отрыву, и происходит хрупкое разрушение. Переход материала в хрупкое состояние обусловлен быстрым возрастанием предела текучести и малой зависимостью сопротивления отрыву от температуры. Аналогично влияет на характеристики _т. и S_0Т увеличение скорости нагружения. На рис. 45 видно, как влияют на температуру перехода в хрупкое состояние концентраторы напряжений.

№ 22. Как происходит разрушение образца с надрезом при температуре ниже Т_к2, рис. 45? Ответ (см на с. 60): 1) хрупко; 2) вязко. В ряде случаев, особенно, когда изделие работает при низких температурах, порог хладноломкости определяет возможность использования материала.

На температурный порог хладноломкости влияют:

а) величина зерна, рис. 46. Видно, что с увеличением размера зерна температура хладноломкости резко повышается;

б) скорость нагружения. С повышением скорости нагружения порог хладноломкости повышается. Так температура хладноломкости стали с 0,2% углерода при скорости нагружения 6,2 10⁴ м/сек около —80 °С, а при скорости 83,3 м/сек около +20 °С;

в) масштабный фактор. С увеличением сечения образца порог хладноломкости повышается;

г) концентраторы напряжений. С увеличением ост­роты и глубины надреза температурный порог хладноломкости повышается;

д) химический состав металла, влияние которого будет рассматриваться ниже.

е) характер напряженного состояния. Большое влияние на сопротивление материала хрупкому и вязкому разрушению оказывает характер напряженного состояния. С уменьшением коэффициента жесткости нагружения склонность к хрупкому разрушению увеличивается. Это более сильно выражено для материалов с повышенной твердостью.

ж) тип кристаллической решётки. Следует отметить, что склонность к охрупчиванию при низких температурах проявляется у материалов с о.ц.к. и г.п.у. решетками. Материалы с г.ц.к. решеткой в большинстве случаев не проявляют склонности к хрупкому разрушению.

з) состояние поверхности. Поверхностно-актив­ные среды, которые уменьшают коэффициент по­верхностного натяжения, резко уменьшают хрупкую прочность материала (Эффект Я. М. Ребиндера). Как следует из вышеизложенного, наиболее часто хруп­кость металлов должна проявляться в условиях се­вера при температурах ниже нуля.