Влияние различных факторов на хладноломкость металлов

Факторы, влияющие на хладноломкость металлов, можно разделить на 4 основные группы.

1. Внешние факторы: температура, условия и скорость нагружения.

2. Внутренние металлургические факторы: тип кристаллической решетки, химический состав, структура и размер зерна, загрязненность металла неметаллическими включениями, метод выплавки.

3. Конструктивные факторы: масштабный эффект, концентраторы напряжений.

4. Технологические факторы: состояние поверхности, остаточные напряжения, обусловленные технологией изготовления.

Углерод повышает порог хладноломкости сталей и уменьшает ударную вязкость при температурах выше критической температуры. Увеличение в отожженной и нормализованной стали содержания углерода на 0,1 % повышает порог хладноломкости на 20 °С.

Влияние содержания углерода, % (цифры на кривых) на хладноломкость стали

Таким образом, для получения хладостойких сталей необходимо снижать концентрацию углерода. В конструкциях, работающих в условиях низких температур, целесообразно использование малоперлитных сталей, содержащих 0,10–0,25 % С.

Легирующие элементы оказывают влияние на свойства феррита, положение критических точек в стали, кинетику γ ↔ α-превращения и размер зерна.

Одновременное повышение твердости, прочности и ударной вязкости обеспечивает никель во всем диапазоне концентраций и марганец в количестве до 2,0 %. Хром мало влияет на твердость феррита, но при содержании до 1,5 % увеличивает его вязкость. Увеличение содержания кремния более 0,8 % приводит к резкому снижению ударной вязкости. Кремний и марганец во всем исследованном диапазоне концентраций значительно повышают твердость феррита. Введение в сталь марганца до 2 % и кремния до 0,8 % приводит к заметному упрочнению ферритной матрицы, почти не ухудшая ее пластичности и вязкости.

Влияние микролегирования и размеров зерен на хладостойкость.

Большое влияние на характер разрушения оказывает размер зерна стали. При измельчении зерна растет предел текучести и одновременно снижается температура перехода в хрупкое состояние.

Согласно схеме вязко-хрупкого перехода, размер зерна влияет как на предел текучести, так и на сопротивление отрыву. У мелкозернистого металла предел текучести меньше сопротивления отрыву. Чем мельче зерно, т. е. больше параметр d ^–1/2, тем больше D s = s _отр – s _т, т.е. меньше опасность хрупкого разрушения. Хрупкое разрушение будет иметь место, если размер зерен больше d _кр.