Файл: Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению.pdf

До 400—700 мм ii толщина 13—25 мм) после малоциклового нагружения, приводящего к образова­ нию трещин, имеющих площадь до 0,15 площади сечения* повышение вторых критических темпера­ тур достигает 30° С. При поминальных напряже­ ниях, превышающих на 10% предел выносливости, и Nn/Np=0,5 увеличение вторых критических тем­ ператур составляет около 15—20° С.

Для конструкций, подвергающихся в процессе изготовления и эксплуатации коррозии, повышение критических температур связано с накоплением коррозионных повреждений. При атмосферной сравнительно равномерной поверхностной корро­ зии увеличение первых критических температур составляет примерно 10° С (время воздействия кор­ розионной среды до 6 мес) . При язвенной местной корозии смещение критических температур, по-ви­ димому, будет большим.

Существенное повышение критических темпера­ тур, как известно, происходит при накоплении в конструкционных сталях радиационных поврежде­ ний. Увеличение первых критических температур, определяемых при ударном изгибе стандартных образцов, может достигать 100—150° С и более по мере увеличения интегрального потока нейтронов Ф. Зависимость между смещением первых крити­ ческих температур и величиной Ф описывается сте­ пенным уравнением Коттрелла

где Bt, п — постоянные.

Величина Bt зависит от материала и темпера-1 туры облучения; для низкоуглеродистых и низколегированных сталей наибольшей оказывается при) температурах облучения, равных 150—250° С; по-? стоянная п равна примерно 7з-

162

Существенное значение при оценке критических" температур раднационно поврежденных элементов конструкций имеет относительное постоянство ве­ личин Bt и п., определяемых по данным статических

Рис. 44. Зависимость смещния критических температур от размера трещины

и ударных испытаний. Смещения критических тем­ ператур с накоплением радиационных повреждений сравнительно мало (на' 10—15°С) зависят от на­ прягаемых объемов (для изгибаемых образцов с площадью сечения 100, 400 и 3500 мм2). В связи с этим радиационный эффект и эффект абсолютных размеров можно приближенно считать независи­ мыми.

Критические температуры хрупкости для дан­ ной толщины Н образца зависят от протяженности

гтрещины /. По данным (рис. 44) статических испы­ таний на растяжение [4, 71, 73], увеличение вторых критических температур для низкоуглеродистых и низколегированных сталей (толщина листов до

163

25 мм) оказывается более существенным, чем уве­ личение первых критических температур.

Увеличение вторых критических температур, свя­ занное с увеличением скорости деформирования на

Критические температуры хрупкости можно зна­ чительно изменить легированием сталей и их тер­ мической обработкой [179]. Наиболее эффективным и устойчивым оказывается легирование низкоугле­ родистых сталей никелем (рис. 45) [25]. Увеличение содержания в стали углерода, кислорода, фосфора,- серы приводит к повышению критических темпе­ ратур хрупкости.

Для оценки предельных состояний по крите-

164

рням хрупкого разрушения элементов конструкции важна зависимость между первой и второй крити­ ческими температурами (рис. 46). При ударном инициировании хрупких трещин в плоских образ­ цах толщиной до 40 мм вторые критические тем-

Рис. 46.Связь между кри­ тическими температурами хрупкости:

1 — статическое растяжение с ударным инициированием тре­

пературы оказываются близкими к первым. Раз­ ница между ними при статическом растяжении уменьшается по мере увеличения первых критиче­ ских температур. Вторые критические температуры для случая статического изгиба оказываются на 30—40° С ниже, чем при статическом растяжении. На рис. 46 область температур квазихрупких со­ стоянии { i K p . ^ t ^ t к1>,) уменьшается с повыше­ нием абсолютных значений критических темпера­ тур.

Приведенные данные позволяют выполнить ^количественную оценку критических температур хрупкости для элементов конструкций с учетом основных факторов (технологических, конструктив- | пых и эксплуатационных).

165

§ 2. РАЗРУШАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Влияние различных факторов на разрушающие напряжения проявляется по-разному в вязких, квазихрупких и хрупких состояниях, определяемых первыми и вторыми критическими температурами хрупкости [25, 39, 40, 41].

С понижением температуры испытаний пределы текучести ат и прочности а„ малоуглеродистых сталей повышаются, а пластичность \\>— снижается. При температуре 7%, возникновения критического состояния (по схеме Иоффе) разрушение происхо­ дит при отсутствии макропластическнх деформаций (•ф = 0; о г = о-„= SJ. При этой температуре полу­ чается минимальное критическое значение коэффи­ циента интенсивности напряжений К\с.

Зависимость ат и ав от температуры Т (рис.47) может быть представлена в виде экспоненциальных функций

166

здесь SK0 — сопротивление разрыву при комнатной температуре.

Температура Г* определяется по формуле (3.1) и?, условия Т=Т:]. при or ~S

Рис. 47. Влияние темпратуры испытании на механические свойства сталей (напряжения с„, <т , SK отнесены я пре­

делу текучести при комнатной температуре): \

Критические значения коэффициентов интенсив­ ности напряжении Kic. в хрупких состояниях {Т<ТКр3) для низкоуглеродистых и низколегиро­ ванных сталей при снижении температуры испыта­ ний Т уменьшаются (см. рис. 25, 26). Зависимость Kic от температуры испытаний экспоненциальная:

167

крупногабаритных образцов и сосудов давления. Коэффициенты интенсивности напряжений для со­ судов давления вычислены по формуле (2.43).-

А

120

101)

St)

№

определенная для случая статического инициирова­ ния и остановки движущихся трещин (после их предварительного инициирования ударом или по

На рис. 51 показаны критические значения коэффи­ циентов интенсивности напряжений для стали типа 22К при статическом растяжении плоских образцов

168