Остаточные и температурные напряжения

Сигма - фаза.

Деформационное старение.

Деформационное старение - процесс изменения механических свойств холоднодеформированного металла после длительного вылеживания или кратковременных нагревов до 100 – 300 °С. Определяющую роль при протекании деформационного старения играют диффузионные процессы.

В энергетике используются стали с низким содержанием углерода и при изготовлении многих деталей, металл получает значительную пластическую деформацию в холодном состоянии без последующей термической обработки. Если эти детали работают в температурной области 200 – 300 ⁰С, то в них возникает процесс деформационного старения и произойдет значительное снижение ударной вязкости.

При эксплуатации аустенитных сталей по границам зерен может происходить выделение интерметаллического соединения FeСr. Этот процесс получил название сигма - фазы.

Сигма - фаза возникает между металлами, один из которых имеет объемноцентрированную, а другой гранецентрированную кристаллические решетки, причем разность атомных диаметров у металлов, входящих в состав σ-фазы не превышает 8%. Выделения σ-фазы располагаются на границах зерен в виде цепочки. Поэтому наличие сигма - фазы в металле вызывает повышение хрупкости.

Процесс образования σ-фазы ускоряется при наличие в стали таких элементов, как молибден, кремний, марганец.

Возникновение σ-фазы можно избежать повышением стабильности аустенита, что достигается увеличением содержания никеля до 11 – 12%.

Остаточные напряжения - это напряжения, не исчезающие после прекращения внешнего воздействия на металл. Существуют следующие виды остаточных напряжений:

1. Напряжения 1-го рода охватывают объемы металла, значитель­но превышающие объемы отдельных зерен (зональные напряжения), т.е. охватывают много зерен.

2. Напряжения 2-го рода - уравновешивающиеся в пределах одного или двух зерен (межкристаллитные напряжения).

3. Напряжения 3-го рода - уравновешивающиеся в пределах нескольких кристаллических ячеек (внутрикристаллитные напряже­ния).

Влияние остаточных напряжений на прочность деталей заклю­чается в том, что при совпадении их знака с рабочим напряжением могут возникнуть пластические деформации при величине рабочего напряжения меньшей предела текучести.

Снятие остаточных напряжений в деталях осуществляется путем термической обработке. Температура отпуска должна быть такой, чтобы металл находился в пластическом состоянии.

Наиболее распространены две причины возникновения остаточных напряжений.

1. Наличие механических концентраторов напряжений. Например, наличие надреза на цилиндрическом образце, к которому приложена нагрузка, приводит к неравномерному распределению напряжений по сечению (рис.3.4,а). При определенной нагрузке могут сложиться условия, когда во внешних слоях образца (зона а) появится пластическая дефор­мация, а во внутренних слоях (зона б) будет упругое состояние.

После снятия нагрузки возникают растягивающие остаточные напряжения во внутренних (зона d) и сжимающие (зона с) – во внешних слоях образца (рис.3.4,б).

Рис.3.4. Остаточные напряжения при действии внешней нагрузки (а) и при снятой нагрузке (б)

2. При наличии фазовых превращений, имеющих место при сварке или термической обработке, например перлитная сталь Aс₃ имеет структуру аустенита и при медленном охлаждении аустенит переходит в перлит. Удельный объем стали после медленного охлаждения остается таким же, как и в исходном (до нагрева) состояния. Возникающий в результате быстрого охлаждения, мартенсит имеет больший удельный объем, чем исходная структура (перлит).

Остаточные напряжения не возникнут, если мартенситное превращение произойдет во всем объеме детали. Практически при быстром охлаждении массивных деталей нельзя добиться их равномерного остывания. Наружные слои детали охлаждаются быстрее, чем внутренние. Поэтому в наружных слоях металла в такой детали остаточные напряжения будут сжимающимися, а во внутренней (зоне детали могут возникнуть) - растягивающими. При этом во внутренней зоне детали могут возникнуть трещины, которые трудно обнаружить.

Дата добавления: 2013-12-13