Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Состав стали является сложным фактором, влияние которого во многом еще предстоит изучить. Углерод способствует повышению температуры перехода; если его содержание в железе уменьшить до очень малой величины, то можно получить очень низкую температуру перехода. Указанный
-///,/ -55,6 -17,R 37,8 93,3 -111,1 -55,6 -17,6 37,8 а Температура, °С §
Фиг. 15.11. Влияние углерода (а) и марганца (б) на характер кривых хрупкого перехода, полученных при ударных испытаниях сплавов железо — углерод (Армстронг и Уор-
нер [59]).
Состав, % Mn С 0.08 0,04 1,03 0 ,10 П ,92 0,20 1,05 0,31 1,09 0,44 0,43 0,09 0 ,78 0,11 1,03 0, 10
Обозначение G L Q S V J К L'
эффект не ограничивается содержанием углерода в форме твердого раствора, растворимость которого в феррите при комнатной температуре составляет приблизительно 0,003%; температура перехода существенно повышается с увеличением содержания углерода от 0,04 до 0,44%, хотя при этом температурный интервал перехода расширяется (фиг. 15.11, а). Азот оказывает в этом смысле аналогичное влияние.
Многие металлические легирующие элементы благоприятно действуют на рассматриваемые свойства сталей [3], например марганец (фиг. 15.11, б) и никель понижают температуру перехода, однако природа их влияния до сих пор еще не совсем ясна. Одна из трудностей заключается в том, что легирующие добавки играют не одностороннюю, а сложную роль в формировании свойств сталей; например, марганец упрочняет феррит, но одновременно он является слабым раскислителем, а также, соединяясь с большей частью содержащейся в стали серы, образует неметаллические включения в виде сульфида марганца. Алюминий является полезной добавкой, так как он служит раскислителем, а также способствует формированию мелкозернистой структуры, образуя мелкие частицы окислов и нитридов, пре-
Разрушение
383:
пятствующие росту зерен. Таким образом, снижение температуры перехода в результате добавки алюминия является в основном следствием мелкозернистости структуры. Фосфор и сера противоположны по оказываемому ими влиянию. Фосфор растворим в а-железе и способствует повышению температуры перехода, тогда как сера имеет слабую растворимость и обычно присутствует в стали в виде инертных частиц сульфида марганца, слабо влияющих на температуру перехода. Изложенное выше дает ясное представление о том, что изменения в технологии производства стали, влияющие не только на ее состав, но также и на ряд других факторов, таких, как степень раскисления и размеры зерен (ограничимся упоминанием этих двух), имеют весьма большое значение при решении очень сложной проблемы хрупкого разрушения.
Следует подчеркнуть, что процесс производства часто играет решающую роль [3]. Суда типа «Либерти» разрушались главным образом потому, что они были сварными, в результате чего непрерывная трещина могла распространяться через всю конструкцию; но не менее важно то, что сварные швы и соседние зоны, подвергшиеся нагреву в процессе сварки, часто являются источниками концентрации напряжений или даже мелких трещин, способствующих развитию хрупкого разрушения в материале, который в иных условиях не разрушался бы. Неправильная технология сварки или слишком высокая способность свариваемого материала к твердению приводит к образованию вблизи сварных швов мартенситных зон, которые являются весьма хрупкими и очень склонны к образованию микротрещии, а также к появлению высокой концентрации напряжений; и то, и другое обстоятельство при благоприятных условиях способствует распространению хрупкой трещины. Тщательный выбор технологии сварки, включающей осторожный подогрев и охлаждение зоны сварки, во многих случаях может исключить возможность разрушения сварных соединений.
Роль концентраторов напряжений типа надрезов чрезвычайно велика, так как наличие надреза способствует повышению температуры перехода. В инженерных конструкциях часто бывает невозможно исключить концентраторы напряжений; в подобных случаях должны быть хорошо известны свойства применяемого материала при наличии надреза.
§ 9* Металлография хрупкого разрушения
Монокристаллы цинка являются одним из наилучших материалов для изучения поверхностей идеального скола, так как при 77 К у образцов цинка можно получить очень гладкие поверхности скола, почти свободные от следов пластической деформации. Однако на таких поверхностях часто можно наблюдать мелкие ступеньки (так называемый «речной узор»), идущие приблизительно в направлении распространения трещины (фиг. 15.12). Такой рельеф свидетельствует о том, что поверхность скола не целиком располагается в одной плоскости, а является ступенчатой, т. е. трещина по ступенькам изменяет свое направление и переходит на другие параллельные плоскости. Наиболее вероятными препятствиями, вызывающими изменение направления трещины, являются винтовые дислокации, которые встречаются на поверхностях разрушения: трещина при встрече с такого рода дефектами может двигаться далее па двух различных уровнях [34]. Некоторые винтовые дислокации, вероятно, присущи исходной структуре металла, однако другим важным источником дислокаций является концентрация напряжений в вершине трещины, вызывающая пластическое течение перед вершиной движущейся трещины.
