ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ

Хрупкое и вязкое разрушение. Неувязка более небезопасного хрупкого разрушения стали - одна из важных. Она приобретает особенное значение при строительстве газопроводов, резервуаров и других конструкций на Последнем Севере и в ряде районов страны с низкими температурами, в особенности в осенне-зимний период.

Исследовательскими работами русских и забугорных ученых установлено, что вид ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ разрушения (хрупкое либо вязкое) данной стали зависит сначала от количественного соотношения действующих касательных (тангенциальных) τ и обычных σn напряжений, температуры и скорости приложения нагрузки. Ибо при всех критериях нагружения усилие (нагрузка), действующее повдоль оси изделия, и соответственно напряжение σ от его воздействия можно разложить на две составляющие – касательную τ и нормальную σn ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ (рис. 33) но отношению к кристаллической решетке отдельных зернышек стали, по-разному нацеленных в пространстве.

Если в стали преобладают обычные напряжения σn значение которых превосходит допустимое, то происходит хрупкое разрушение стали методом отрыва, фактически без наличия пластической деформации (рис. 34). Сопротивление металла хрупкому разрушению именуют сопротивлением отрыву Sотр. Если в ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ стали преобладают касательные напряжения т и их значение также превосходит допустимое, то


Рис. 33. Схема деяния сил на кристаллическую решетку стали


Рис. 34. Схема хрупкого разрушения металла под действием обычных напряжений σn:
а – начальная кристаллическая решетка; б – кристаллическая решетка при упругой деформации; в – хрупкий отрыв (разрушение) кристаллической решетки; d и с – характеристики ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ кристаллической решетки происходит вязкое разрушение стали методом сдвига (среза) при наличии значимой предыдущей разрушению пластической деформации (рис. 35). Сопротивление металла вязкому разрушению именуют сопротивлением сдвигу Sсдв.

Хрупкое разрушение происходит методом отрыва по границам и снутри зернышек, при этом плоскости разрушения размещаются перпендикулярно к полосы деяния сил и имеют блестящий кристаллический излом ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ. Вязкое разрушение происходит методом сдвига (среза) одной части зернышек металла относительно другой, плоскости разрушения размещаются приблизительно под углом 45° по отношению к полосы деяния сил и имеют матовый волокнистый излом.


Рис. 35. Схема вязкого разрушения металла под действием касательных напряжений τ:

а – начальная кристаллическая решетка; б – кристаллическая решетка при упругой деформации; в – кристаллическая ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ решетка при пластической деформации (сдвиг) ; г – вязкое разрушение (срез) кристаллической решетки


Рис. 36. Дислокационная схема пластической деформации: а – начальная кристаллическая решетка с наличием дислокации; б – кристаллическая решетка после перемещения дислокации при пластической деформации; в – кристаллическая решетка после выхода дислокации на поверхность при пластической деформации; А –А – плоскость скольжения; 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 1, 2', 3’, 4’, 5’, 6; – наиблежайшие атомы ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ-соседи, повдоль плоскости скольжения, меняющие свое положение при движении дислокации; Ρ – действующая сила

В согласовании с теорией дислокаций механизм пластического сдвига рассматривают как процесс .перемещения, к примеру, линейных дислокаций (несовершенств кристаллического строения металла) повдоль плоскости скольжения (рис. 36). При наличии в начальном металле дислокаций для воплощения пластической деформации ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ потребуются существенно наименьшие усилия. Таким макаром, настоящая крепкость металла благодаря наличию дислокаций и других искажений кристаллической решетки всегда меньше теоретической. Совместно с тем исследовательскими работами показано, что настоящая крепкость металла миниатюризируется с повышением плотности дислокаций до определенного предела (рис. 37). Достигнув малого значения при некой критичной плотности дислокаций, настоящая крепкость ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ металла вновь начинает повышаться, потому что в металле появляются как параллельные дислокации, так и дислокации в различных плоскостях и направлениях. Тогда дислокации будут мешать друг дружке передвигаться, т.е. в простый акт пластической деформации будет вовлекаться сразу вес большее число атомов, и настоящая крепкость металла повысится. Потому хоть какой ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ метод обработки металла, вызывающий повышение плотности дислокаций и препятствий для· их перемещения, приводит к увеличению его прочности. Такими методами упрочнения, ведущими к повышению полезной плотности дислокаций, являются механический наклеп, термообработка и др.


Рис. 37. Схема прочности кристалла зависимо от искажений решетки (по И.Л. Одингу и А.А. Бочвару)


Рис. 38. Зависимость ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ сопротивлений сдвигу и отрыву стали от плотности дислокаций

Понятно, что все способы упрочнения металла ведут сразу к снижению припаса его пластичности и вязкости. Это разъясняется тем, что при упрочнении металла происходит повышение плотности дислокаций, несовершенств и других изъянов кристаллической решетки, которые увеличивают сопротивление металла пластическому сдвигу относительно резвее, чем ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ сопротивление отрыву (рис. 38). При относительно малых степенях упрочнения металла (Sсдв < ·Sотр) будет происходить вязкое его разрушение после предыдущей деформации. Таковой металл характеризуется высочайшими пластичностью и вязкостью. При значимых степенях упрочнения, когда плотность дислокаций выше критичной (Sсдв > Sотр), происходит хрупкое разрушение металла без видимой подготовительной пластической деформации. Таковой металл обладает низким припасом пластических и вязких параметров. Как следует, применяя тот либо другой способ упрочнения металла, нельзя допускать, чтоб степень упрочнения превосходила критичное значение Sкр , соответственное точке скрещения ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ прямых Sсдв и Sотр (см. рис. 38), по другому металл не проявит возможности к пластической деформации и произойдет хрупкое его разрушение.

В связи с этим условие хрупкого разрушения металла можно представить в последующем виде:

τ/σn < Sотр, (6)

Если

τ/σn > Sсдв/Sотр (7)

то происходит вязкое разрушение стали.

Таким макаром, сталь будет ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ разрушаться хрупко, если в ней действуют в главном обычные напряжения σn (толика касательных напряжений мала и отношение τ/σn будет маленьким), а отношение Sсдв/Sотр будет больше τ/σn. Это означает, что у стали велико сопротивление сдвигу SСДВ (сталь имеет низкую пластичность) и не достаточно сопротивление отрыву Sотр (см. рис. 38).

Чем ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ огромным сопротивлением сдвигу обладает сталь, тем меньше ее способность к пластической деформации и тем больше ее склонность в связи с этим к хрупкому разрушению. И,напротив, чем меньше сопротивление сдвигу, тем легче осуществляется деформирование стали и меньше ее склонность к хрупкому разрушению.

Причины, действующие на склонность стали к хрупкому ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ разрушению. Склонность стали к хрупкому разрушению находится в зависимости от ряда причин:

металлургических (метод выплавки, степень раскисления, режим обработки давлением, действующие на хим состав, структуру и характеристики стали, наличие в ней изъянов металлургического нрава); технологических (метод монтажа резервуаров, газгольдеров и других конструкций, влияющих на состояние поверхности изделий, образование на ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ ней разных изъянов, также на наличие разных по значению, знаку и нраву остаточных напряжений, вызванных прохладной деформацией, к примеру, при рулонировании листовых заготовок резервуаров, формировании труб огромного поперечника, термообработке, сварке и т.д.) ;

конструктивных [размеры конструкций (масштабный фактор), наличие сопряженных частей, соединений металла различных толщины и поперечников и других причин, увеличивающих напряженное ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ состояние в них] ;

рабочих критерий эксплуатации (значение и нрав напряженного состояния конструкций, скорость нагружения, коррозионная активность рабочего продукта и его температура, также температура среды).

Все эти причины, предопределяя значение соотношения напряжений в стали, охарактеризовывают склонность ее к хрупкому разрушению. Но для того чтоб вышло хрупкое разрушение стали ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ согласно условию (6), в ней должно под воздействием тех либо других обстоятельств произойти перераспределение внутренних напряжений (в критериях действующих нагрузок при наличии концентраторов напряжений), приводящее к уменьшению толики касательных напряжений и возрастанию толики обычных напряжений, вызывающих хрупкое разрушение стали. Такими причинами, влияющими на изменение напряженного состояния стали, являются снижение температуры ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ окружающего воздуха, увеличение скорости нагружения (к примеру, удар либо неожиданное увеличение давления в трубопроводе), что может привести к хрупкому разрушению, в особенности при наличии концентраторов напряжений.

С снижением температуры эксплуатации либо температуры монтажа у пластичных металлов и сплавов, имеющих в собственной узкой структуре кристаллическую решетку в виде объемно центрированного куба ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ, происходит резкое ухудшение механических параметров, называемое явлением хладноломкости: прочностные характеристики параметров (предел текучести, временное сопротивление) растут, пластические характеристики (относительное удлинение, поперечное сужение) понижаются, и в особенности резко падает ударная вязкость (даже до нуля). Температура, при которой происходит резкое изменение механических параметров, именуется критичной температурой хрупкости либо порогом хладноломкости.

Скорость нагружения ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ оказывает влияние на склонность стали к хрупкому разрушению аналогично действию отрицательных температур. С ускорением приложения нагрузки может произойти разрушение металла методом отрыва под действием обычных напряжений ранее, чем под действием касательных напряжений произойдет пластическая деформация. Опасность хрупкого разрушения находится в зависимости от значения и нрава напряженного ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ состояния металла.

Резервуары и другие строй конструкции имеют сложную конфигурацию и напряжения в их распределяются не умеренно, а концентрируются в местах перехода сечений, наличия изъянов металла, неметаллических включений и др. Так, гладкий лист либо труба всегда имеют на поверхности какие-либо выпуклости и шероховатости, которые также являются концентраторами напряжений (рис. 39).

При ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ низких температурах происходит перераспределение напряжений и резкое повышение их в местах расположения концентраторов напряжений. Напряженное состояние характеризуется высочайшим Sсдв и малым значением дела τ/σn, т.е. толика касательных напряжений миниатюризируется и возможность хрупкого разрушения растет.

Во избежание этого сталь для строй конструкций не должна быть чувствительной к надрезам, рискам ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ, царапинам и другим поверхностным и внутренним недостаткам строительного и металлургического нрава и должна владеть высочайшей пластичностью.

Сталь, наименее грязная разными примесями, обладает наименьшей склонностью к хрупкому разрушению, к примеру размеренная отлично раскаленная сталь по сопоставлению с кипящей.


Рис. 39. Концентрация напряжений в устье недостатка железного изделия с разными ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ концентраторами напряжений: а – трещинка; б, г - острый надрез разной глубины; в – скругленный надрез; l – глубина недостатка; r – радиус закругления в верхушке недостатка; σср – среднее напряжение эпюры напряжений по сечению изделия

Хим элементы, входящие в состав стали, по воздействию на склонность стали к хрупкому разрушению и хладноломкости делятся на три группы:

непременно повышающие склонность ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ к хладноломкости и к хрупкому разрушению – углерод, водород, кислород, фосфор и сера;

оказывающие двойственное воздействие на сталь – марганец, кремний, алюминий, хром, молибден, вольфрам, ванадий – до определенного содержания не увеличивают, а сверх этого предела увеличивают склонность стали к хрупкому разрушению;

непременно понижающие склонность к хладноломкости и хрупкому разрушению – никель ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ.

Внутреннее строение стали, зависящее от режима жаркой обработки давлением, термообработки, степени пластической деформации (наклепа), наличия и равномерности рассредотачивания неметаллических включений и других изъянов, также охарактеризовывает ее склонность к хрупкому разрушению. Крупнозернистая сталь обладает большей хрупкостью по сопоставлению с тонкодисперсной.

Склонность к хрупкому разрушению наращивают:

старение вследствие распада пересыщенного ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ твердого раствора и выпадения мелких частиц (оксидов, нитридов);

наклеп вследствие понижения пластичности и вязкости стали;

анизотропия параметров в разных кристаллографических направлениях и скопления неметаллических включений в стали;

увеличение размеров строй конструкций, толщины их частей, т.е. масштабный фактор. С повышением размеров строй конструкций температура хрупкости стали сдвигается в область положительных температур ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ.

Способы оценки хрупкости стали. Оценку склонности стали к хрупкому разрушению по ударной вязкости обычно производят на образчиках с концентратором U типа Менаже с проведением серии их тесты при разных температурах. На основании испытаний для каждого эталона определяют значение ударной вязкости и процент волокна (В) в его изломе ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ. Как указывалось выше, при хрупком разрушении плоскости разрушения имеют кристаллический блестящий излом, а при вязком – матовый волокнистый. Потом строят графики (рис.40.). Принимая 50 %-ную волокнистость за критичную величину, определяют порог хладноломкости - критичную температуру хрупкости T50 при В = 50%. Потом на другом графике по T50 находят мало допустимую ударную вязкость KCU50 при ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ В = 50%. Для надежной эксплуатации стали ее ударная вязкость должна быть более KCU50. ТH – ТВ –температурный интервал перехода стали из области хрупкого в область вязкого разрушения. В технических критериях на поставку стали обычно указывают мало допустимую ударную вязкость KCU при определенной температуре.

Оценка склонности стали к хрупкому разрушению по ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ составляющим ударной вязкости базирована на том, что разрушение металла происходит обычно в две стадии: зарождение трещинкы и ее развитие (распространение). При всем этом на его разрушение затрачивается определенная работа К.

Общая ударная вязкость КС либо работа разрушения К не позволяет отразить сопротивление стали зарождению и распространению трещинкы. При эксплуатации разных железных ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ конструкций понятно много случаев, когда происходило их разрушение, хотя сталь имела допустимую ударную вязкость.

Потому для более правильной оценки склонности стали к хрупкому разрушению в текущее время принято разлагать ударную вязкость на составляющие:

работу, затрачиваемую на распространение трещинкы (КСр либо Кр), которая охарактеризовывает сопротивление, металла зарождению трещинкы ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ,

работу, затрачиваемую на зарождение трещинкы (КСз либо Кз), которая охарактеризовывает сопротивление металла распространению трещинкы.

Существует несколько способов определения составляющих ударной вязкости, основанных на статических (способ Б.А. Дроздовского) и динамических испытаниях (способы Отани, А.С. Лившица и А.С. Рахманова, А.П. Гуляева, О.П. Бакши, А.Н. Моношкова и др.).


Рис ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ. 40. Графики зависимости процента волокна В в изломе и ударной вязкости КCU стали от температуры тесты Т


Рис. 41. Разделение ударной вязкости на составляющие способом Отани

Наибольшее применение отыскал способ Отани (Япония) разделения ударной вязкости на составляющие с помощью двойного удара (рис. 41). Серию образцов (к примеру, типа I) испытывают ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ на ударный извив при различном припасе энергии удара, достаточном для образования трещинкы в основании концентратора. Дальше эталоны травят в щелочном растворе двуххлорной меди для выявления трещинкы. Потом эталоны повторно подвергают воздействию удара (разрушают) при стандартном значении энергии удара, после этого на каждом из их в изломе определяют глубину ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ трещинкы. На основании Данных испытаний строят график зависимости глубины трещинкы от поглощенной энергии. Работу распространения и работу зарождения трещинкы определяют, продолжив кривую до скрещения с осью абсцисс (см. рис.41). Установленное таким макаром нулевое значение глубины трещинкы служит аспектом, характеризующим переход в стали от стадии зарождения к стадии распространения трещинкы.

В Рф и ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ за рубежом разрабатывают новые способы оценки сопротивления металлов хрупкому разрушению, потому что имеющиеся подходы к оценке прочности крупногабаритных железных конструкций с внедрением данных, приобретенных на стандартных маленьких образчиках, оказываются недостающими. Стали, которые при обыденных лобораторных испытаниях обнаруживают достаточную пластичность, в процессе использования конструкции нередко дают хрупкое разрушение.


Рис ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ. 42. Схема тесты эталона ДВТТ:
1 – эталон; 2 – пуансон; 3 – опоры; t – толщина эталона; R – радиус закругления в верхушке концентратора

Оценка склонности стали к хрупкому разрушению по проценту волокна в изломе отыскала применение для трубных сталей. Для этого проводят ударные тесты на особых полнотолщинных образчиках Баттеля (DWТТ либо ДВТТ) (рис. 42), которые вырезают ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ из труб. Центральную часть эталона (минимум по 25 мм по обе стороны от надреза) не выпрямляют, сохраняя радиус кривизны трубы, чтоб не исказить результаты тесты. Эталоны подвергают испытанию на ударный извив при различных температурах и определяют по проценту волокна в изломе температуру перехода стали в хрупкое состояние. Эту температуру ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ принимают мало допустимой температурой эксплуатации трубопровода.

Оценку склонности стали к хрупкому разрушению на натурных образчиках проводят с рассмотрением процесса разрушения стали с позиций линейной механики разрушения и с учетом поправок на специальные особенности работы данного материала в конструкции. Такая методика исследовательских работ разработана, к примеру, М.П. Анучкиным, Н.И. Аненковым ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ, А.С. Болотовым и другими во ВНИИСТе и ВНИИГАЗе применительно к условиям эксплуатации трубопроводов. За аспект оценки сопротивления материала разрушению принят коэффициент интенсивности напряжений. Известны и другие направления исследовательских работ, в каких для оценки сопротивления материала разрушению приняты другие аспекты. Эти способы отличаются большой сложностью выполнения по сопоставлению с лабораторными ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ, также многообразием специфичных особенностей опыта применительно к определенным условиям монтажа и эксплуатации железных конструкций.


dopuskaetsya-k-zashite-v-gek.html
dopuskaetsya-odnovremennoe-primenenie-neskolkih-mer-pooshreniya.html
dopuskayutsya-lyubie-sobaki-s-privivkami-po-vozrastu-i-provodniki-ot-5-let.html