Глава II. Хладноломкость стали


Все многообразие видов разрушения деталей машин и элемен­тов сооружений можно классифицировать на следующие основные группы: усталостные, вязкие, хрупкие, коррозионно-эрозионные, выход из строя ввиду изнашивания трущихся поверхностей. Из всех этих групп разрушения наиболее опасными являются хрупкие разрушения, коварная особенность которых состоит в их внезапности, в чрезвычайно большой скорости распространения трещин, приближающейся к скорости взрыва. К числу таких раз­рушений относятся аварии мостов в Бельгии и Канаде (Квебек, 1951 г.), разлом пополам на штормовой волне транспортных су­дов типа «Либерти» (США), хрупкие разрушения газопроводов, газгольдеров и других сооружений. Хрупкие разрушения отдель­ных деталей отмечаются также при эксплуатации тракторов, тя­гачей, экскаваторов, скреперов и других машин и механизмов.В отработанных конструкциях и при продуманной технологии термической обработки деталей наиболее частой причиной хрупких разрушений является повышенная чувствительность свойств ма­териала, и прежде всего динамической вязкости, к снижению тем­пературы рабочей среды. Отсюда, важность установления общих закономерностей изменения пластических свойств стали со сниже­нием температуры, что имеет особо актуальное значение в настоя­щее время при значительном расширении географии машиноиспользования.
Напомним, что если еще недавно тракторы рассматривались только как машины сельскохозяйственного назначения с сезонным графиком их работы, то сейчас значительная часть тракторов ис­пользуется в народном хозяйстве круглый год как мощное сред­ство механизации трудоемких работ. В тундре Сибири, в таежных лесах дальнего Севера, на скалистых и песчаных почвах великих новостроек, во льдах Арктики, в 80-градусный холод работают сейчас гусеничные тракторы, и эти новые, более суровые условия эксплуатации требуют, чтобы применяемые для их изготовления ма­териалы не были бы склонны к хрупким разрушениям при работе на холоде.
Свойство металлов и сплавов с кубической пространственно-центрированной или гексагональной решеткой и в том числе конструкционных сталей хрупко разрушаться со снижением темпера­туры нагружения называется хладноломкостью. Хладноломкость сплава может проявляться не только при отрицательных темпера­турах нагружения, но и при обычных, комнатных температурах. Последнее может наблюдаться тогда, когда из-за состава или струк­туры, или в силу других причин (технологических, конструктивных) сталь уже при комнатной температуре находится в охрупченном состоянии. Изучая условия хрупкого разрушения сплавов и установив, что переход от вязкого разрушения к хрупкому часто происходит не при одной температуре, а в некотором интервале температур, Н. Н. Давыденко ввел понятие о двух порогах хладноломкости.
Чем ниже расположен интервал этих температур, тем меньше склон­на такая сталь к хрупким разрушениям, тем более она хладно­стойка. Склонность конструкционных сталей к хладноломкости зави­сит от следующих важнейших факторов:
  • металлургических, к числу которых относятся: состав стали, условия ее выплавки и раскисления, структура сплава (макро­структура, микроструктура и тонкая структура);
  • технологических, под которыми следует понимать: состоя­ние поверхности деталей, наличие в них сжимающих или растя­гивающих напряжений как результата механической, химико-тер­мической или гальванической обработки;
  • конструктивных, объединяющих влияние масштабного фак­тора и наличия на поверхности деталей различного рода концент­раторов напряжений
  • радиусов перехода, подрезов, выточек, мест сверлений и пр.;
  • рабочей среды, степени ее агрессивности по отношению к рассматриваемому материалу.

В настоящей работе рассматривается только влияние металлур­гических факторов (чистота стали, ее состав и структура) на хлад­ноломкость стали. Интересующимся ролью конструктивных фак­торов рекомендуем ознакомиться с монографией Г. В. Ужика