Особенности работы металлоконструкций при низкой и высокой температурах

Эксплуатация металлических конструкций машин при низ­ких температурах (ниже -30 °С) дает значительное количество примеров хрупких разрушений. Большинство их происходит зимой в начальной стадии эксплуатации конструкции, часто при ненагруженном состоянии, т. е. при низких напряжениях. Хрупкое разрушение характеризуется отрывом под действием нормальных напряжений. Основ­ными факторами, обусловливающими хрупкие разрушения, яв­ляются те, которые препятствуют пластическим деформациям: низкие температуры эксплуатации; высокие скорости нагружения; недостаточная хладостойкость стали; высокие локальные напряжения (резкие концентраторы напряжений, остаточные напряжения, динамические напряжения); низкая пластичность материала (объемность напряженного состояния, изменения свойств металла из-за старения, наклепа, особенностей структуры и т.п.).

Сопротивление отрыву σ_отр пластичных металлов мало зависит от температуры, в то время как предел текучести σ_Т заметно воз­растает при понижении температуры или при увеличении скорости нагружения. При обычной комнатной температуре при растяжении σ_Т < σ_отр, а с понижением температуры σ_Т = σ_отр, что соответ­ствует критической температуре хрупкости t_к или порогу хладно­ломкости. При работе стальных конструкций ниже этой темпера­туры вероятность хрупких разрушений возрастает.

Для предотвращения снижения хладностойкости важно избегать обстоятельств, снижающих пластичность, например трехосного напряженного состояния. Этим определяются ограничения применяемой толщины проката в сварных конструкциях. Снижают пластичность и хладостойкость: резка на ножницах и проколка отверстий, если поврежденные слои металла не удаляются последующей механической обработкой; остаточные сварочные напряжения, если не применять местный отпуск зоны сварных соединений или отпуск всей конструкции. Следует отметить, что большинство хрупких разрушений происходит на начальных стадиях эксплуатации зимой. Это объясняется тем, что при загружениях в температурных условиях, не препятствующих протеканию пластических деформаций, в зонах повышенной концентрации напряжений пики напряжений сглаживаются, а если загружение начинается при отрицательных температурах, подобное явление не происходит.

Эксплуатация крановых металлических конструкций в условиях повышенных температурах (+30 °С) не оказывает значительного воздействия на работоспособность и накопление повреждаемости, и лишь при испытаниях на усталость обычно наблюдается небольшое снижение пределов выносливости в связи с влиянием процессов ползучести, особенно в случае, если среднее напряжение цикла не равно нулю.