Сопротивление металлов хрупкому разрушению

В ходе композиции материалов большой твердости и прочности следует принимать во внимание их вязкость и сопротивляемость хрупкому разрушению, она характеризует возможность металла менять структуру пластически при динамических нагрузках.

Хрупкое разрушение представляет наибольшую опасность, поскольку трещина образовывается менее чем за секунду и сразу же расширяется, после чего она уже становится магистральной. Если речь идет про трубопровод, то излом магистрального типа способен появиться на трубах практически сразу, и это несет за собой негативные последствия.

Учитывают способность сопротивления стали хрупкому разрушению в процессе создания металлических конструкций, которые будут использоваться в северных регионах страны, поскольку холод является причиной повышенной хрупкости стали. При проектировании конструкций учитывают показатель ударной вязкости, она численно указывает на способность сопротивления стали хрупкому разрушению.

Показатель ударной вязкости

Этот показатель означает, какой объем работы необходимо затратить для деформации образца с определенным поперечным сечением. Опыты для вычисления данного параметра проводятся динамически в испытательной лаборатории и выполняются с использованием маятникового копра. Его смысл заключается в падении бойка с заданной высоты на опытный металлический образец. Далее, используя данные о показателе энергии бойка до падения и после, вычисляется работа, которая потребовалась для деформации металла. Для сравнения полученных в ходе нескольких опытов показателей они сводятся к пл. сечения образца.

Образцы отвечают единому стандарту, они являются стержнем с сечением 1 кв см. Посредине стержня устанавливается концентратор напряжений, который может быть выполнен в следующих вариациях:

• в виде литеры U;
• в виде литеры V;
• в виде усталостной трещины.

В ходе оценки показателя ударной вязкости вычисляют площадь поверхности деформации стержня и вычисляют процент вязкой и хрупкой составляющей в трещине. Это можно сделать визуальным методом или используя программные методики анализа текстуры металла.

Если на образце после опытов при обычных температурных значениях появляется хрупкая трещина, то эксплуатировать его в условиях низких температурных показателей крайне не рекомендуется.

Критическая температура хрупкости

Очевидно, что t воздуха и металла значительно влияет на его сопротивляемость хрупкому разрушению. Здесь мы имеем дело с термином "хладноломкость", он означает переход стали из вязкого состояния в хрупкое при уменьшении t.

Температура точки данного перехода именуется критической температурой хрупкости Tхр, при ней в трещине стержня хрупкая и вязкая составляющая присутствуют в равной степени. С целью узнать Тхр выполняется ряд опытов на ударную вязкость в температурном диапазоне от +20 до -70 градусов Цельсия.

Обнаруженные результаты становятся основой для построения кривой зависимости доли вязкой составляющей от t. Точка перегиба на функции и является показателем Тхр. Чем он больше, тем более склонен образец к хрупкому разрушению.

Почему металлы имеют различную хрупкость?

Далее перечислим те факторы, которые непосредственно влияют на хрупкость металла и могут вызвать хрупкое разрушение:

• микроструктура стали (крупнозернистость, загрязненность неметаллическими вкраплениями, появление твердых фаз на краях зерен и др.);
• напряженное состояние, оставшееся после производственных операций;
• наличие дефектов в виде трещин, газовых пузырей.

Соответственно, у различных металлов показатели хрупкости различаются достаточно сильно.