ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

КЛАССИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ ХРУПКО-ВЯЗКОГО ПЕРЕХОДА ДЛЯ СТАЛИ

6.3.14.1.

ДИАГРАММА А. Ф. ЙОФФЕ

На рис. 6.45а приведена классическая диаграмма, описываю­щая переход материала из хрупкого состояния в вязкое. Диаграм­ма получена в Ленинградском физико-техническом институте А. Ф. Йоффе с сотрудниками в 1924 году.

Испытывали на растяжение образцы каменной соли, и при достаточно высоких температурах кристаллы начинали пласти­чески деформироваться на линии предела текучести b-c. Если испытания проводили при более низких температурах, то разру­шения происходили на линии d-c без заметных пластических деформаций.

Авторы эксперимента предположили, что хрупкое разруше­ние происходит вследствие роста микротрещин, которые из-за кор­розии на воздухе всегда есть на поверхности образцов каменной соли. Чтобы убрать эти микротрещины, испытания стали произ­водить в воде. В воде кристаллы стали разрушаться хрупко на ли­нии a-d, т. е. на продолжении температурной зависимости преде­ла текучести. Если кристаллы при повышенных температурах нагружали с высокой скоростью электромагнитом, они без пла­стических деформаций хрупко разрушались на линии с—е.

Рис. 6.45

Классические диаграммы хрупко-вязкого перехода механизмов разрушения стали:

(а) А. Ф. Йоффе; (в) Н. Н. Давиденкова; (д) Я. Б. Фридмана и (б, г, е) их современ­ные варианты.

Постоянное, не зависящее от температуры и скорости дефор­мации напряжение, на линии d—c—e, при котором происходило хрупкое разрушение каменной соли, назвали «сопротивлением отрыву» и обозначили £отр.

Далее диаграмма рис. 6.45а появлялась во многих работах А. Ф. Йоффе без подробного изложения способа ее получения. Счи­талось, что хрупкое разрушение происходит, когда максимальные нормальные напряжения достигают сопротивления отрыву при температурах ниже Ткр, а вязкое разрушение — после больших пластических деформаций при температурах выше Ткр.

Критерий хрупкого разрушения по этой диаграмме понимался в виде формул

Ст1> 5ОТр; ст < ат. (6.113)

Критерий вязкого разрушения:

Ст1< 5ОТр; стг > стт. (6.114)

Позже, уже в 1946-1960 годах, в ЦНИИ «Прометей» большая группа исследователей под руководством Е. М. Шевандина пыта­лась с помощью схемы Йоффе описать переход от хрупкого разру­шения к вязкому при сериальных испытаниях стальных надрезан­ных образцов Менаже на ударный изгиб. Аналогичную большую и многолетнюю работу, но на круглых стальных образцах с очень точно изготовленными кольцевыми гиперболическими надреза­ми Нейбера, которые испытывали на растяжение при различных температурах, выполнили в Институте металлов (ИМЕТ) (Моск­ва) в лаборатории Г. В. Ужика. Но оба коллектива пришли к вы­воду, что ничего не получится, так как сопротивление отрыву у стали зависит от температуры и не может считаться константой материала.

Основываясь на новых знаниях, ученые выяснили, что на гра­фике в координатах ст1-Т схемы Йоффе линии сопротивления от­рыву d-e не существует. В условиях испытаний при постоянной жесткости напряженного состояния Л и постоянной скорости де­формации на диаграмме результатов сериальных испытаний по­является только одна точка этой линии (с) — при температуре ну­левой пластичности Тнп, которая соответствует температуре Ткр схемы Йоффе.

На рис. 6.456 показана скорректированная по современным представлениям диаграмма Йоффе. На ней линия сопротивления отрыву d-e проведена пунктиром, так как она не лежит в плос­кости графика. Чтобы прочертить линию d-e, нужно изменять

значение Тнп — либо менять жесткость напряженного состояния л, либо в широких пределах изменять или сдвигать кривую темпера­турной зависимости предела текучести, например, меняя скорость деформации металла. Линия d-e пересекает график, оставляя на нем одну точку. В плоскости диаграммы в интервале температур ниже Тнп прочность изменяется по кривым с-f-g, форма и уро­вень которых изменяются при изменении температуры и скоро­сти нагружения. Это и обнаружили группы исследователей под руководством Шевандина и Ужика.

Основная ошибка указанных авторов была связана с тем, что теории дислокаций в то время не было. Без этой теории невозмож­но правильно представить механизм хрупкого разрушения стали, источником которого являются субмикротрещинки. Они появля­ются только в процессе пластической деформации и принципи­ально не наблюдаемы. Если условие их распространения не вы­полнено в момент образования, они сразу же превращаются в поры.

.