книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин

сг

2

Рио. 2. Распределение переходной температуры в минимальном сечении у гиперболического надреза.

#т =	К«1 — ®*>3 + (•, — •.!)* +	— *4>*Т. «, «■ • *
•* - V	•» = «г, 1- ' % -г	•» ~ -Ц- Р ) •

приблизительно в десяти радиусах надреза от его корня. Чем острее надрез, тем выше максимум переходной температуры.

Влияние остаточных напряжений (аг „ „ = 0^} различно при различной остроте надреза. В случае острых надрезов (о /о < <0,143) наличие остаточных напряжений повышает максимумы Тнл с — 100“ С (при о2осг= 0) до температур, близких к комнат

Рис. 5. Сопоставление экспериментальных точек с

теоретическими		кривыми.
Разрыв образцов производился		статически		после охлажде­
ния до требуемой температуры в жидком азоте.
На рис. 4 приведены	виды некоторых изломов образцов. Как
видно, все они хрупкие.	Только у	образцов	с	радиусом надреза
14 мм, разрушенных при температурах выше			—20" С, излом на­

чинался с вязкого разрушения в средней части, которое перехо­ дило в хрупкое у краев пластины. На изломах образцов с оста­

точными напряжениями	охост и	агост с надрезами 0,3—0,6 мм
видны разветвления и	выход	трещин минимального сечения
за счет избытка энергии.

Все полученные результаты эксперимента представлены точ­ ками на рис. 5 (по одному образцу на точку). При этом принята следующая система обозначений типов образцов. Первая цифра

обозначает радиус	надреза в миллиметрах. Вторая —			характер
остаточных напряжений: 0 — остаточных			напряжений	нет; 1 —
только остаточные	напряжения	огОСТ — + сгт ; 2 — совмест­
ное наличие ог ост=	+ от и ах ост=	+ ат.	Вычисление	теорети­

ческой прочности образцов и ее изменения с температурой про­ изводилось аналогично методике Ужика (91, но с учетом влия­ ния остаточных напряжений, описанного выше.' Полученные теоретические значения на рис. 5 представлены кривыми.

-160 -НО

Из рисунка видно, что при Т < Тпл все эксперименталь­ ные точки (за исключением одной для типа 0,3—2) соответству­ ют теоретическим. Резкий скачок прочности имеет место только при наличии ох0СТ= <гт (тип 0,3—2) и совпадает с теорети­ ческим интервалом Г„.п. При температурах выше Ти,„ остаточ­ ные напряжения не оказывают влияния на прочность образца. Все экспериментальные результаты на стали марки Ст. Зкп подтверждают применимость расчетной методики.

Рис. 7 Сменный график к номограмме для расчета переходной температуры Т„.П|

Для удобства применения предлагаемой методики расчета ТН'Пна рис. 6 она представлена в виде номограммы. В левой верх­

ней четверти помещены графики — = / (к)				при т = сопз1,
			СГТ
со = сопз!:,	полученные в результате вычисления уравнения (13)
и формулы (9).		Данный график построен для наиболее опасного
и часто встречающегося			в сварных конструкциях случая: о2ост=
= 4- <хт ,	т =	+ 1.	Для оценки влияния	величины остаточ­

ных напряжений на рис. 7 приведен аналогичный график для случая стгОСТ, т. е. т = 0, который можно рассматривать как сменный лист номограммы. При необходимости вычислить Г„.п сечения с другими значениями т по формулам (9) и (13) всегда могут быть построены соответствующие графики.

Средняя правая часть номограммы и кривая в нижней левой четверти служат для определения К — функции координаты

точки у!а	при заданном значении остроты надреза (а/р).
Нижняя правая часть служит для отыскания фактора глуби­
ны надреза	<о по остроте а/р и глубине а1Ь его. По найденному

ю в левой верхней четверти отыскивают требуемую кривую. Там же нанесены кривые равных погрешностей в максимальных зна­ чениях нормальных напряжений до%, характеризующие при­ менимость данной номограммы, построенной на основании ре­

шения для бесконечно глубоких надрезов. Приведенные выше экспериментальные результаты соответствовали 6<г = 9%.

В правой верхней четверти номограммы размещаются гра-

фики —2^ =	/ (Т),	характеризующие свойства материала. Тут
СГТ	кривые	только	для двух сталей. При необходи­
приводятся
мости вычисления		Ткл для	другой стали или другого металло­

графического состояния данной стали (наклеп, старение, терми­ ческая обработка и т. п.) аналогичную кривую можно построить по результатам известных методов определения предела теку­ чести и сопротивления отрыву и их температурного изменения.

Способ пользования номограммой указан прямыми линиями со стрелками (см. рис. 6). Таким образом можно для любой точ­ ки минимального сечения определить Г н.п.

Переходная температура всего минимального сечения как целого будет равна максимальному значению Та,п в его точках. Поэтому для определения Т11Лэлемента необходимо выполнить указанное построение до пересечения с требуемой кривой <о (в верхней левой четверти номограммы) для точки с координа­ той у/а = 0 и рассмотреть интервал кривой между полученной точкой и правым краем графика (соответствующим координате

у/а =	1). Далее нужно определить Г н.п для максимума кривой
в этом интервале.
Описанная номограмма позволяет достаточно просто опреде­
лять	Г„.п для известного концентратора напряжений. Однако

обратная задача — определение допустимой конфигурации де­ фектов и остаточных напряжений при заданном значении Т„.п— оказывается в этом случае весьма трудоемкой. Поэтому на рис. 8 представлена упрощенная номограмма, дающая при достаточно острых надрезах результаты, совпадающие с полученными по рис. 6. Правая верхняя четверть ее не отличается от рис. 6. Кри­ вые в левой верхней четверти получены путем вычисления мак­

симально возможных значений — при заданных со. Гра- <ТГ

фик, размещенный в нижней левой четверти, аналогичен ниж­ нему правому графику рис. 6, но выполнен в других коор­ динатах.

Для надрезов малой остроты номограмма (см. рис. 8) может дать сильно завышенные значения Г„.п, т. е. привести к избы­ точному запасу вязкости рассчитываемой конструкции.

На рисунке линиями со стрелками показано определение критических размеров дефектов для малоуглеродистой стали марки Ст. 3 в тех случаях, когда вдоль оси возможного надреза действуют растягивающие остаточные напряжения, равные пре-

Рис. 8. Упрощенная номограмма для определения критических размеров де­ фектов.

делу текучести и равные 0,4 от предела текучести при заданной критической температуре —40° С. Как видно из рисунка, крити­ ческие размеры, определяемые по точкам пересечения верти­ кальных прямых построения с линиями нижнего левого графи­ ка номограммы, будут следующие:

а) при остаточных напряжениях,			равных		+<гт ( т — +			1,0)
глубина	( 1 — а1„) %	0	10	20	30	40	50	60
острота	°/р	28	21	16	13	9	6	,5 3,5

б) при остаточных напряжениях,		равных		+ 0,4 а т (т =			+ 0,4)
глубина	(\— а!ь) % 0 4	- 40	50	60	70	80	90
острота	“ /р	200	150	90	28	10	5

Из приведенных цифр видно, что с увеличением глубины де­ фекта уменьшается допустимая его острота. Кроме того, частич­ ное снятие остаточных напряжений растяжений, действующих вдоль оси надрезов (с 1,0 до 0,4 а т) значительно расширило пределы как по остроте, так и по глубине. Конечно, указанный расчет не исключает зарождения вязкого разрушения, поэтому допустимость дефектов должна быть проверена еще и общепри­ нятыми методами расчета прочности.

В ы в о д ы

Остаточные напряжения, ориентированные вдоль приложе­ ния внешней статической нагрузки, при низких (ниже Тн.„) температурах и наличии концентраторов напряжений могут при­ вести к зарождению хрупких разрушений при весьма низких значениях полезной нагрузки. Однако заметного влияния на переходную температуру такие напряжения не оказывают. При температурах выше Т]и„ такие напряжения не оказывают влия­ ния на хрупкую прочность конструкции.

Остаточные напряжения, ориентированные вдоль оси остро­ го надреза и перпендикулярно внешней растягивающей нагруз­ ке, резко повышают (если они растягивающие) или снижают (ес­ ли они сжимающие) переходную температуру Г,,.п, ниже кото­ рой появляется опасность разрушений при низких уровнях средних напряжений от внешней нагрузки. При малой остротенадрезов их влияние мало.

Предложенная	в виде номограмм расчетная методика опре­
деления значений	переходной температуры Т1ип при сопостав­

лении с экспериментальными данными образцов из стали мар­ ки Ст. 3 дала хорошие результаты и в виду отсутствия более точных сведений она может быть использована как дополни­ тельный метод оценки надежности конструкции.

Предложен новый тип’пластинчэтого образца, создающий весь­ ма жесткие условия работы материала при статическом растя­ жении, который позволяет выявить влияние остаточных напря­ жений на склонность к хрупкому разрушению.

1.	А. А. \У е 1 1 з.	«ТЬе тесЬашсз	о! по!Ь	ЬпШе ГгасСиге», ЧУе1сНп§ Кеоз.
	V. 7 (2). р. 34 (1953).
2.	Н. К 1 Ь а г а ,	К. М а з и Ь и с Ы , Н.		I з Ь 1 ь «НГГек!	о! *ПсНпв
	гез1(1иа1 з1гез§ о! оп ЬпШе 1гас1иге		з1геп1Ь	оГ чгеИеб зрНепса1,	сопйпегз».

I.I. V . Эс. X — 220 — 59.

3.А. С о Й г е И. «ТЬеог& о! ЬпШе 1гас1иге га з*ее1 апд зппПаг те!а1$».

	Тгапз. А Ш Е, аррг.			1958,	р.	192.
4.	О. Н а Ь п, ЧУ.		О то е п,		В.	А V е г Ь а с Ь,	М. С о Н е п.	МкготесЬа-
5.	ш з т о! ЬпШе Ггас1иге ш 1о\у сагЬоп з1е11р ЧУеМшб Л. 1959, V. 38, 367.
	П.	Б р и д ж м е н .		Исследования больших			пластических	деформаций.
	М.,	ИЛ, 1955.
6.	Г.	Н е й б е р.	Концентрация напряжений. М., Гостехиздат, 1947.
7.	Д.	М. 3 а г о р о д с к и х.				Хладноломкость	стали при	напряжениях

сжатия. — Ж. техн.		физ, 1948, 18, 843.
З.^В. П.	Д е г т я р е в .	К вопросу о прочности и хладноломкости при на­
личии	начальных статических напряжений. — Ж- техн. физ., 1949, 19,
882.
•9. Г. В.	У ж и к . Сопротивление отрыву и прочность металлов. М.. Изд-во

АН СССР, 1950.