ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ПЕРЕХОДНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ХРУПКОСТИ
На рис. 6.40 жирными кривыми показаны температурные зависимости механических свойств малоуглеродистой стали (стт, Sk, Sqtj,) при жесткости напряженного состояния ^ = 1.
|
кГ/мм |
|
4d ' |
|
В точке «с» оба условия хрупкого разрушения (6.101) выполняются одновременно. При этой температуре хрупкое разрушение происходит в самом начале пластической деформации (на площадке текучести). Поэтому температура, соответствующая точке с, названа «переходной (критической) температурой нулевой пластичности» и обозначена Тнп. В области температур I при Т < Тнп хрупкие разрушения стали происходят на линии предела текучести а-с. В этой зоне условие б распространения хрупких субмикротрещин по зерну уже выполнено на линии d-с при ст1 > £отр. Но условие а возникновения этих трещин не выполнено — субмикротрещин нет. Поэтому сталь не разрушается, пока на линии а-с эти трещины не появятся. Зона I называется «зоной хрупких разрушений». В зоне II пластические деформации начинаются на линии предела текучести b-c до того, как достигается сопротивление отрыву на линии е-с. Поэтому когда достигается сопротивление отрыву исходного материала, сталь уже наклепана, и ее сопротивление отрыву нужно определять по формуле (6.105): |
|
а1> |
|
а |
4 |
p(ef) |
Г) = 1 |
|||
|
л, |
Г |
Sk(e / |
,С)'П |
|||
|
d |
1 |
е |
||||
|
Son |
Д |
V |
от(Т |
g )'Л |
||
|
® |
II |
__ Ь |
||||
|
0 50 |
150 200 250 Т, Ъ |
|
2 |
|
120 |
|
100 |
|
80 |
|
60 |
|
40 |
|
20 |
|
Рис. 6.40 Схема температурных зависимостей механических свойств и определение переходных температур |
Линия a-b представляет температурную зависимость предела текучести, вычисленную по формуле
(4.39):
ат = а0 + AT ■ e~Bt Т.
Параметры материала для нее приведены в табл. 4.2.
Пунктирная горизонтальная линия d-e показывает сопротивление отрыву для исходного материала, которое не связано с температурой и в зависимости от диаметра зерна феррита вычисляется по формуле (6.99):
11,5
&отр - 20 ■
|
^отрЄ ) = S |
|
отр. 0 |
- AS1(ep) + AS2(ep).
Чем больше температура превышает Тнп, тем больше расстояние между линиями предела текучести b-c и сопротивления отрыву е-с. Тем больше наклепывается материал перед хрупким раз-
рушением, тем выше Сотр(е1>) по формуле (6.105), которая определяет линию c-f.
В зоне II хрупкие разрушения происходят после значительных пластических деформаций. Эту зону часто называют «зоной ква - зихрупких разрушений».
В точке f условия квазихрупкого разрушения по формуле (6.105) и вязкого разрушения по формуле (6.57) выполняются одновременно. При этой температуре механизм квазихрупких разрушений с раскалыванием предварительно пластически деформированных зерен феррита сменяется механизмом вязкого разрушения, при котором в процессе пластической деформации растут поры и разрушение происходит, когда перемычки между порами теряют устойчивость. Поэтому температура, соответствующая точке f, называется «переходной температурой смены механизма разрушения» и обозначается Тм.
Зона III называется «зоной вязких разрушений». Прочность материала при этом определяется критерием (6.49). Критическое напряжение в этой области обозначено Sk. С повышением температуры Sk уменьшается, так как снижается сопротивление металла пластическим деформациям. Критическая деформация, при которой происходит вязкое разрушение в этой зоне, возрастает с ростом температуры, что можно видеть на рис. 6.25.
Переходную температуру нулевой пластичности достаточно просто вычислить, если учесть, что в условиях перехода к нулевой пластичности неравенства в формулах (6.101) заменяются равенствами. Тогда условие б) можно поделить на условие а). В результате получим
CTl _ ^отр
стт(т=тнп) (6.106)
Но ранее, в разделе 3, посвященном концентрации напряжений, отношение ст1/стг было названо жесткостью напряженного состояния и обозначено через ^. Вычислению этой характеристики напряженного состояния у концентраторов было уделено достаточно много места. С учетом сказанного выражение (6.106) можно переписать в виде s
_ _ сотр
СТт(Т=Тнп) .
Остается только подставить температурную зависимость предела текучести (4.39):
а0 + Ат ■ в~Вт Тнп = отр .
л
Решив последнее уравнение относительно переходной температуры нулевой пластичности Тнп, можно получить формулу:
|
|
(6.107)
Переходную температуру Тм можно вычислить, приравняв разрушающие напряжения ст1 при хрупком разрушении из формулы
(6.105) и разрушающие напряжения при вязком разрушении по формуле (6.57):
|
(6.108) |
£отр.(ер) = Sk (efi) Л,
где ep — максимальная нормальная деформация при разрушении, которая должна быть выражена через интенсивность деформаций при разрушении еп, как это делалось в разделе 6.1 при расчете потери устойчивости пластических деформаций; efi — интенсивность деформаций при вязком разрушении, которая должна вычисляться согласно разделу 6.2, посвященному вязкому разрушению. Поскольку температура в уравнение (6.108) входит в неявном виде, решать его приходится численным методом.
