Повышенной хрупкости

Аустенитные жаропрочные стали обладают рядом общих свойств — высокой жаропрочностью и окалиностойкостью, большой пластичностью, хорошей свариваемостью, большим коэффициентом линейного расширения. Тем не менее по сравнению с перлитными и мартенситньши сталями они менее технологичны: обработка давлением резанием этих сплавов затруднена; сварной шов обладает повышенной хрупкостью; полученное вследствие перегрева крупнозернистое строение не может быть исправлено термической обработкой, так как в этих сталях отсутствует фазовая перекристаллизация. В интервале 550—600°С эти стали часто охрупчиваются из-за выделения по границам зерна различных фаз.

Лазерное сверление широко применяют для получения отверстий не только в твердых и сверхтвердых материалах, но и в материалах, отличающихся повышенной хрупкостью.

Аустенитные стали пластичны и хорошо свариваются. Однако по сравнению с перлитными и мартенситными обработка их резанием затруднена. Сварной шов аустенитных сталей при наличии крупного зерна обладает повышенной хрупкостью. Полученное при перегреве крупное зерно вследствие отсутствия а ^ 7~пРевРаш.ения термической обработкой измельчено быть не может.

Вредное действие S связано с явлением красноломкости стали, т. е. с повышенной хрупкостью (образованием трещин) в горячем состоянии при ковке и прокатке. Красноломкость стали является следствием того, что S, соединяясь с Fe, образует эвтектику, температура плапления которой 988° С (значительно ниже температуры плавления стали). При кристаллизации эвтектика располагается по границам зерен, а при нагревании стали для ковки или прокатки эвтектика плавится, связь между зернами нарушается, сталь становится хрупкой. Красноломкость ослабляется введением Мп, образующего с S сульфид марганца, температура плавления которого 1620° С.

жаются при 70—90° С. Аминопласты обладают повышенной хрупкостью (рис. 19.6).

Клеи на основе кремнийорганических соединений и неорганических полимеров (в частности, ВК2) обладают теплостойкостью до 700... 1000 °С, но меньшей прочностью и повышенной хрупкостью.

Применяемые в машиностроении клеи делятся на две группы: клеи на основе органических полимерных смол типа-БФ (эпоксидные, полиэфирные, фенольные и др.) с теплостойкостью не выше 300 -... 350° С — первая группа, и клеи на основе кремнеоргани-ческих соединений и неорганических полимеров — вторая группа с теплостойкостью до 1 000° С, но с повышенной хрупкостью.

Структура нелегированного и низколегированного белого чугуна состоит из перлитной матрицы и карбидов типа Fe3C или (Fe, Сг)зС. Такой чугун имеет высокую твердость, не поддается при обычных режимах механической обработке и обладает повышенной хрупкостью. Износостойкость чугуна доэвтектического состава (2,8—3,5% С) лишь на 50—80% выше по сравнению с углеродистыми сталями. Большая склонность белого чугуна и отдельных его структурных составляющих (особенно цементита) к хрупкому разрушению часто является причиной снижения сопротивления абра«_ зивному изнашиванию в условиях работы с ударом.

Наиболее простым путем получения предварительных заготовок является изготовление из материалов-упрочнителей тканей и сеток различного плетения. Однако изготовление такого рода полуфабрикатов возможно главным образом из металлических волокон и волокон типа стекловолокна и графита, т. е. волокон, которые можно подвергать ткацким методам переработки и плетению. Изготовление тканей и сеток из высокопрочных и высокомодульных волокон, обладающих повышенной хрупкостью, типа волокон бора или карбида кремния, если и возможно, то связано с большими трудностями.

Добавка хрома повышает жаропрочность, понижает коэффициент линейного расширения, благоприятно влияет на ростоустойчивость. Сплавы с содержанием хрома 3—15% обладают повышенной хрупкостью. При большем содержании хрома пластичность возрастает. Обрабатываются резанием.

Вольфрам и его сплавы относятся к числу наиболее труднообрабатываемых материалов, что обусловлено высокой твердостью, повышенной хрупкостью, малой пластичностью и высокой абразивной способностью W. На обрабатываемость вольфрамовых сплавов отрицательно влияет их малая пластичность. В связи с этим повышение скорости резания ухудшает обрабатываемость, т. к. при резании увеличение скорости не вызывает в деформируемом элементе достаточного увеличения тепловыделения и снижения прочностных свойств. Кроме того, пониженная пластичность вольфрамовых спла-

нарушения сплошности в виде трещин, представляющие собой главную опасность для прочности. Трещины образуются в швах — кристаллизационные; в процессе остывания металла — холодные, даже при вылеживании и отсутствии нагружений. Трещины также образуются в околошовных зонах в результате действия ряда факторов: образования структур повышенной хрупкости, сочетания неблагоприятных остаточных напряжений с напряжениями от внешних сил, в частности в условиях низких температур и агрессивных сред, при последующей термической обработке, под действием переменных нагрузок;

Как видно из приведенных графиков, для металлов, не образующих гидридов, максимальная концентрация водорода наблюдается вблизи линии сплавления (штриховые линии на рисунке), а для гидридообразующих — в зоне термического влияния. Таким образом, при средней относительно небольшой концентрации водорода в металле в сварном соединении возникают опасные зоны повышенной хрупкости.

Однако метод НТМО пригоден лишь для сталей с широкой зоной устойчивости аустенита. Распад аустенита во время деформирования стали при 500—350° в ряде случаев приводит к резкому снижению предела прочности. Поэтому, чтобы сохранить сталь в аустенитном состоянии, необходимо во время «теплой» деформации ((прокатка при температуре выше мар-тенситной точки Мн) производить промежуточные подогревы деформируемого металла. Если во время пластической деформации температура металла опустится ниже мартенситной точки, то в результате такой обработки образуются продукты отпуска повышенной хрупкости и при последующем испытании обработанной таким образом стали наблюдается преждевременный разрыв. При еще более низких температурах деформации аустенит будет распадаться с образованием смешанной бейнитно-мартенситной структуры, в результате чего уровень прочности должен сохраняться высоким; но эта температурная область обработки относится уже к способу термомеханического упрочнения стали методом «аусформинг», который будет рассмотрен ниже.

При развитии поисковых работ целесообразно оценивать склонность к хрупкости или пластичности промышленных сплавов с учетом противоречия между 0Т и вязкостью разрушения; Ktc,8c, JIC в обязательной связи со структурным состоянием сплава (рис. 1.1). По этой структурной диаграмме можно оценить тройную зависимость «предел текучести — вязкость разрушения — реальная структура сплава». Показатели, входящие в этот график: напряжение течения, или начало активного и множественного движения, и склонность к развитию хрупкой трещины от готового концентратора, определяются экспериментально и, следовательно, учитывают реальное структурное состояние сплава. Диаграмму можно разделить на две области: левую (/) — высокой надежности, и правую (//) — повышенной хрупкости. Если реальный сплав (сталь) в соответствии со своим структурным состоянием (проведенным упрочнением, например термической обработкой) соответствует области /, его служба надежна, так как всякие случайные перегрузки (рост внешнего напряжения по ординате вверх) будут сниматься активной пластической деформацией в связи с низкими величинами от и высокими К1с. Если этот же сплав сильно упрочнен (созданы активные препятствия движущимся дислокациям), то возрастает стт и снижается показатель вязкости разрушения К1С. В этих условиях всякий пик внешней нагрузки сначала достигает критического значения К1С, создавая благоприятные условия для развития хрупкого разрушения.

прочности металлических сплавов. I — зона высокой надежности работы сплава; II — зона повышенной хрупкости; огт — предел текучести сплава; Kjc— критическое значение коэффициента интенсивности напряжения при плоской деформации; 6С— критическое значение раскрытия усталостной трещины в момент ее старта; J"jc — критическое .значение J-интеграла,

В статье В. Ф. Шатинского и др. [25] отмечается, что нанесенное на изделие покрытие может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на конструктивную прочность. Формирование покрытий приводит к залечиванию поверхностных микротрещин; покрытие, служа барьером на пути движущихся дислокаций, зарождающихся в основе, повышает предел текучести; сжимающие остаточные напряжения, возникающие в приповерхностных слоях основы и покрытии при его нанесении, вызывают увеличение усталостной прочности детали. Ухудшение механических свойств металлов с покрытиями может происходить: в результате образования на межфазной границе «покрытие — основа» интерметаллических или химических соединений повышенной хрупкости; в случае возникновения в поверхностных слоях растягивающих напряжений.

Сочетание действия объемных остаточных напряжений и повышенной хрупкости материала

При соударении закаленной поверхности высокой твердости с твердыми абразивными частицами по периметру образующихся при этом лунок зарождаются хрупкие трещины, которые соединяются с трещинами соседних лунок и самими лунками (рис. 25). Из-за повышенной хрупкости поверхности изнашивания перемычки вокруг лунок оказываются пораженными хрупкими трещинами, что облегчает их откалывание в момент соударения. Следовательно, при ударно-абразивном изнашивании твердых и хрупких структур происходит интенсивное хрупкое выкрашивание металла, заключенного

При ударно-абразивном изнашивании наличие в структуре твердых и хрупких фаз (карбиды, бориты, нитриты) облегчает зарождение, развитие и слияние хрупких трещин. В результате повышается интенсивность выкрашивания, а следовательно, суммарный износ, и при очередном соударении перемычки разрушаются из-за их повышенной хрупкости.

Твердые карбидные включения, имеющиеся на поверхности изнашивания, оттесняют абразивные частицы. Они отличаются более высокой износостойкостью по сравнению с основным металлом. При ударе об абразив карбидная фаза из-за повышенной хрупкости разрушается и выкрашивается раньше основного металла.

Избежать повышенной хрупкости можно несколькими способами. Самый простой из них и поэтому наиболее употребимый — введение в двухкомпонентную эпоксидную композицию третьего компонента — эластификато-ра. В качестве эластификатора уже многие годы употребляют отнюдь не самое удачное вещество — дибутилфта-лат.