Влияние различных факторов на свойства стали

1.3.1. Старение. При температурах ниже температуры образования феррита раство­римость углерода ничтожна, но все же в небольшом количестве он остается. При благо-

приятных обстоятельствах углерод выделя­ется и располагается между зернами фер­рита, а также группируется у различных дефектов кристаллической решетки. Это приводит к повышению предела текучести и временного сопротивления и уменьше­нию пластичности (рис. 1.8) и сопротивле­ния хрупкому разрушению. Наряду с угле­родом выделяются азот и карбиды, кото­рые производят аналогичное действие. Пе­рестройка структуры и изменение прочно­сти и пластичности происходят в течение достаточно длительного времени, поэтому данное явление называется старением.

Старению способствуют, во-первых, механические воздействия, особенно раз­витие пластических деформаций (механи­ческое старение), во-вторых, температур­ные колебания, приводящие к изменению растворимости и скорости диффузии ком­понентов, а вследствие этого — к их выде-

лению (термическое старение, дисперсионное твердение). Путем нагревания до невы­сокой температуры (150 —200 °С) можно резко усилить процесс старения.

При пластическом деформировании и последующем небольшом нагреве интенсив­ность старения резко повышается (искусственное старение). Поскольку старение сни­жает сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению, оно рас­сматривается как явление отрицательное для сталей. Наиболее подвержены старению стали, загрязненные и насыщенные газами, например кипящая сталь.

Для алюминиевых сплавов термическое старение используется для повышения проч­ности.

1.3.2. Наклеп. Повторные загружения в пределах упругих деформаций (до предела упругости) не изменяют вида диаграммы работы стали, нагружение и разгрузка будут происходить по одной линии (рис. 1.9, а).

Если образец загрузить до пластического состояния и затем снять нагрузку, то по­явится остаточная деформация (рис. 1.9, б). При повторном нагружении образца после некоторого «отдыха» материал работает упруго до уровня предыдущего загруже­ния. Повышение упругой работы материала в результате предшествующей пластичес­кой деформации называется наклепом. При наклепе искажается атомная решетка и увеличивается плотность дислокаций (см. подразд. 1.4.1). Пластичность стали снижается, повышается опасность хрупкого разрушения, что неблагоприятно сказывается на рабо­те строительных конструкций.

Наклеп возникает в процессе изготовления конструкций при холодной гибке эле­ментов, пробивке отверстий, резке ножницами.

В некоторых случаях, когда снижение пластичности не имеет большого значения, наклеп используется для повышения пределов упругой работы (например, в тонкой высокопрочной проволоке для висячих и предварительно напряженных конструкций, в холоднотянутой арматурной проволоке). Повышение предела текучести допускается также учитывать при расчете элементов из гнутых профилей, где в зоне гиба металл получает наклеп.

1.3.3. Влияние температуры. Механические свойства стали при нагревании ее до температуры 200 —250 " С практически не меняются (рис. 1.10, а).

При температуре 250 —300 °С прочность стали несколько повышается, пластичность снижается. Сталь в изломе имеет крупнозернистое строение и становится более хрупкой (синеломкость). Не следует при этой температуре деформировать сталь или подвергать ее ударным воздействиям.

Нагревание выше температуры 400 °С приводит к резкому падению предела текуче­сти и временного сопротивления, а при температуре 600 — 650 °С наступает температур­ная пластичность и сталь теряет свою несущую способность.

При отрицательных температурах прочность стали возрастает, временное сопротив­ление и предел текучести сближаются, ударная вязкость падает и сталь становиться хрупкой.

Зависимость ударной вязкости от температуры (рис. 1.10, б) характерна тем, что переход от вязкого разрушения к хрупкому происходит, как правило, скачкообразно, в узком температурном диапазоне, называемом порогом хладноломкости. Обычно в ка­честве порога хладноломкости принимают температуру, при которой ударная вязкость становится меньше определенной величины (30 — 40 Дж/см²).

Склонность стали к хрупкому разрушению при низких температурах зависит от ве­личины зерна (мелкозернистые стали лучше сопротивляются хрупкому разрушению и имеют более низкий порог хладноломкости), наличия вредных примесей (фосфор, сера, азот, водород), толщины проката (масштабный фактор).

Наиболее склонны к хрупкому разрушению кипящие стали. Порог хладноломкости стали С235 (СтЗкп) лежит в интервале от 0 до -10 °С; для спокойной стали С255 (СтЗсп) переход в хрупкое состояние происходит при температуре -2О...-ЗО°С. Низколегиро­ванные стали имеют порог хладноломкости -40 °С и ниже.

При увеличении толщины проката порог хладноломкости смещается в область бо­лее высоких температур.

С изменением температуры меняется также вид поверхности излома. Бархатистая (волокнистая) часть излома свидетельствует о вязком разрушении, фасеточная часть - о хрупком. Чем больше бархатистая часть в изломе, тем лучше сталь сопротивляется хрупкому разрушению.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кудишин Ю.И. Металлические конструкции / Ю.И. Кудишин и др. – 10 изд. М.: Академия.-2007.-675с.