Раздел: Дом. Быт. Техника. Строительство. Сельское и приусадебное хозяйство

С понижением температуры против комнатной механические свойства металлов и их сплавов меняются, причем в зависимости от типа кристаллической решетки, структуры и чистоты металла, условий нагружения и др. факторов могут наблюдаться различные по характеру изменения.

При низких темп-рах сопротивление пластич. деформации (пределы текучести, прочности, твердость), как правило, возрастает; у материалов с решеткой объемноцентрированного куба (ОЦК) особенно сильно возрастает предел текучести, у материалов с решеткой гранецентрированного куба (ГЦК) предел текучести обычно увеличивается в меньшей мере, чем предел прочности. При низких температурах мало изменяются сопротивление хрупкому разрушению, модули нормальной упругости и сдвига. Пластичность и вязкость с понижением температуры обычно уменьшаются, что особенно сильно выражено у металлов с решеткой ОЦК, а у металлов и сплавов с решеткой ГЦК пластичность либо понижается слабо (жаропрочные сплавы на никелевой основе, нек-рые алюминиевые сплавы), либо возрастает (медь и ее сплавы).

Наиболее сильно с понижением темп-ры уменьшается ударная вязкость; у многих конструкционных сталей, никелевых и титановых сплавов наблюдается плавное падение ан, тогда как у железа, углеродистой стали, молибдена и нек-рых др. материалов падение ударной вязкости (или пластичности) происходит в узком интервале темп-р, называемом критическим температурным интервалом хрупкости. В этом интервале происходит переход от вязких волокнистых изломов к хрупким кристаллич. изломам с низкими значениями пластичности и вязкости.

Иногда этот переход выражен настолько резко, что говорят о критической темп-ре хрупкости. Образование хрупких разрушений при понижении темп-ры наз. хладноломкостью. Для нек-рых материалов темп-ра перехода в хрупкое состояние может быть значительно выше комнатной. Механич. природу хладноломкости объясняет известная схема А. Ф. Иоффе. У хладноломких металлов при понижении темп-ры предел текучести резко повышается и, начиная с нек-рой темп-ры (критич. темп-ры хрупкости), когда предел текучести становится выше сопротивления отрыву, могут наблюдаться только хрупкие изломы, в то время как у нехладноломких материалов предел текучести вплоть до самых низких темп-р может быть значительно ниже сопротивления отрыву. Для объяснения физич. природы хладноломкости выдвигается много гипотез (двойникования, примесей и др.).

Много экспериментальных фактов говорит в пользу гипотезы примесей, связывающей наступление хрупкости при понижении темп-ры с тем, что атомы примесей, внедренные в решетку основного твердого раствора, вызывают у хладноломких материалов деформацию решетки; напр., в решетке ОЦК эти атомы, располагаясь в центрах граней или ребер куба, искажают ее кубич. симметрию и придают ей нек-рую тетрагона л ьность. Чем ниже темп-ра, тем сильнее внедренные атомы деформируют решетку, что и обусловливает резкое повышение предела текучести при понижении темп-ры. У нехладноломких металлов с решеткой ГЦ К внедренные атомы примесей, располагаясь в центре куба, не нарушают ее симметрии. В пользу гипотезы примесей говорит также то, что многие металлы становятся хладноломкими лишь в присутствии примесей. Так, при наличии в технич. титане 0,05% Н он сохраняет высокое сужение (выше 50%) при темп-ре —196°,

В малолегированной нормализованной конструкционной стали с увеличением содержания углерода повышается и расширяется критич. температурный интервал хрупкости; в закаленном и отпущенном состоянии при среднем содержании углерода его влияние зависит от темп-ры отпуска; для высокопрочной стали оптимальным, по-видимому, является содержание углерода 0,3—0,4%, при к-ром эта сталь имеет наиболее высокое сопротивление отрыву. Никель положительно влияет на св-ва при низких темп-рах малоуглеродистой нормализованной и среднеуглеродистой улучшенной стали. Хром до 1% практически не влияет на критич. темп-ру хрупкости малоуглеродистой нормализованной стали, а затем повышает ее. В улучшенном состоянии отрицат. влияние хрома начинает сказываться при содержании его выше 2—3%. Марганец при содержании до 1,5% понижает критич. темп-ру хрупкости нормализованной малоуглеродистой стали, однако присутствие др. легирующих элементов может снизить положит, влияние указанной концентрации марганца. В сред- неуглеродистой стали в состоянии закалки и низкого отпуска увеличение содержания марганца приводит к повышению критич. темп-ры хрупкости. Фосфор и кремний отрицательно влияют на св-ва при низких темп-рах, сдвигая критич. интервал хрупкости в сторону более высоких темп-р. При увеличении содержания фосфора от 0,11 до 0,41% в малоуглеродистой стали верхняя граница критич. температурного  тогда как при 1% Н наблюдается резкое падение г|) (с 55—60 до 20%) в интервале темп-р от —40 до —80°. В хроме, содержащем 0,02% N и 0,03% С, обнаруживается переход от вязкого к хрупкому разрушению при темп-ре 600°; очищенный же от примесей азота и углерода хром сохраняет пластичность и при комнатной темп-ре. Хладноломкость проявляется только в сталях мартенситного и перлитного классов и не проявляется в сталях аустенитного класса.

Нек-рые легирующие элементы значительно влияют на хладноломкость стали. Хром, марганец, особенно никель, в определенных пределах гомогенизируют твердый раствор углерода в железе, что делает сталь менее хладноломкой. При увеличении содержания хрома и марганца, когда проявляется склонность к карбидной ликвации, порог хладноломкости повышается.

Закаленные и отпущенные стали менее склонны к хладноломкости, чем отожженные, и поэтому во многих случаях имеют при низких темп-рах более высокую ударную вязкость. Перлит нормализованной стали имеет более высокую критич. темп-ру хрупкости, чем бейнит или смесь бейнита и отпущенного мартенсита.

Большое влияние на склонность к хладноломкости оказывает размер зерна. Известно, что с увеличением размера зерна понижается сопротивление отрыву и, следовательно, в соответствии со схемой А. Ф. Иоффе должен наблюдаться б злее ранний (по темп-ре) переход в хрупкое состояние. Отрицат. влияние крупного зерна проявляется у всех материалов, вязкого к хрупкому разрушению при понижении темп-ры, однако по сравнению с железом он менее склонен к хладноломкости, отчетливо проявляющеися лишь при достаточно большом размере зерна. У крупнозернистого ниобия при —253° наблюдается совершенно хрупкий отрыв и двойники в структуре, а мелкозернистый при этой же темп-ре пластически деформируется, в структуре имеются линии скольжения и двойникования, разрушение в шейке носит смешанный характер (отрыв и срез).

  ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД Абразивность горных ...

  механические свойства заполнителя. Заполнители

  ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ. Строительные материалы

  МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Строительные материалы

  МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ. Сталь и ...

  СТРОЙМАТЕРИАЛЫ: Механические свойства стройматериалов

  Механические свойства твердых тел - твердые и мягкие тела, вязкие ...

  Физико-механические свойства бетонов. Марки бетонов, классы

  ДРЕВЕСИНА. Механические свойства древесины. Прочность древесины

  МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА