Работы распространения трещины (АР)

А_П=А_З + А_Р = А_упр + А_пл + А_Р;

№20 (Сухомлин Г.Д.)

На рис. 21 приведена схема изменения полной работы (А_П), затраченной маятником копра при разрушении ударного образца в зависимости от угла загиба образца (b) в процессе его ударного испытания.

Рис.21 -Схема изменения полной работы (АП), затраченной маятником копра при разрушении ударного образца в зависимости от угла загиба образца (b) в процессе его ударного испытания.

Изменяя (уменьшая от 1мм до 0,25мм или менее) радиус концентратора, наносимого на образец для ударных испытаний металла, фактически уменьшают работу зарождения трещины до нуля и при ударных испытаниях определяют работу распространения трещины в металле изделия.

В поликристаллическом образце трещина при разрушении может распространяться по телу зерна (внутризеренное или транскристаллитное разрушение) или между зернами - по границам (интеркристаллитное разрушение). Хрупкое разрушение для металлов и сплавов чаще всего происходит в определенном температурном интервале (ÑТ_хр) при конкретных условиях испытаний (температура, схема нагружения и т.д.). Возможно обозначение температуры перехода металла в хрупкое состояние (уровень пластичности близок к нулю) через Т_ХР. Температуру хрупкого состояния могут определять по ряду критерием (кроме потери пластичности металла), например, по количеству (доле) вязкой составляющей в изломе ударного образца (В,%) или по энергетическому показателю - минимальному значению ударной вязкости металла, например 30 Дж\см^2.. В том случае, когда температура перехода металла в хрупкое состояние находится выше комнатной, металл называют хладноломким, а соответствующая температура перехода – температурой хладноломкости (Т₅₀ или Т₉₀).

Для оценки склонности металла к хрупкому разрушению проводят испытания на ударный изгиб образцов с надрезом (концентратором напряжений) при различных температурах, в результате которых определяют уровень ударной вязкости (КС) металла образцов, а при проведении сериальных испытаний при различных температурах определяют температуру перехода (рис. 22, табл.2) от вязкого разрушения к хрупкому (температура хладноломкости или порог хладноломкости – Т₅₀; Т₉₀ - где цифра указывает количество вязкой составляющей в изломе ударного образца, испытанного при определенной температуре).

Для проведения испытаний при низких температурах чаще всего рекомендуются невоспламеняющиеся среды. К таким хладагентам относятся технические среды под общим названием фреон: например, фреон 11 (CCl₂F) замерзает при температуре -110⁰С, а кипит при -60⁰С; фреон 12 (CCl₂F₂) замерзает при температуре -150⁰С, а кипит при -30⁰С; фреон 13 (CCl₂F₃) замерзает при температуре -182⁰С; кипящий азот может использоваться для испытаний при температурах, близких к -178⁰С, при более низких температурах используется жидкий водород (до -280⁰С).

Рис. 22 –Зависимость ударной вязкости (КС) стали 09Г2С (производства Японии) и количества вязкой составляющей (F,%) в изломах ударных образцов от режима термического упрочнения („ или D) и температуры испытания (от +20⁰С до -60⁰С)

Из данных правого графика наглядно видно, что для образцов Шарпи после режима термоупрочнения с полным охлаждением металла до температуры хладагента порог хладноломкости по критерию Т₅₀ (50% вязкой составляющей в изломе образцов) находится при температуре -10⁰С, а для образцов Менаже для такого же режима термоупрочнения порог хладноломкости лежит в области температур металла – 30⁰С. В то же время для образцов Шарпи, металл которых был термоупрочнен по режиму прерванного охлаждения при температуре металла 300⁰С (т.е. фактически самоотпуск при 300-250⁰С), порог хладноломкости (Т₅₀ ) находится при температуре -60⁰С.

Таблица 2 - Изменение ударной вязкости (KCV) сталей 15ХСНД и 15Г2АФЮ в зависимости от режима термической обработки и температуры испытания[9]

Темпера- тура испытания образцов	Режим термической обработки металла (15ХСНД / 15Г2АФЮ)
ТУ в воде с tB³90^0	ТУ+отп. 300^0С, 60мин	ТУ+отп. 400^0С, 60мин	ТУ+отп. 500^0С 60мин	ТУ+отп. 600^0С, 60мин	ТУ+отп. 700^0С, 60мин
	Ударная вязкость (KCV), Дж/см^2
-20^0С	13 / 30	28 / -	41 / -	59 / 72	81 / 95	79 / 130
-40^0C	12 / 30	21 / -	36 / -	39 / 70	56 / 76	57 / 90
-60^0C	10 / 20	17 / -	23 / -	29 / 60	39 / 59	39 / 80

Для изделий ответственного назначения, например для металла нефтегазопроводных труб большого диаметра, применяют полнотолщинные (соответствуют толщине стенки трубы) образцы (рис.23) с острым надрезом (V), а для их испытания используют копры с падающим грузом (ударную вязкость обозначают DWTT).

Рис. 23- Схема испытания полнотолщинного образца DWTT

Дата добавления: 2014-10-23