<<
>>

Деградация механических свойств конструкционных деталей

  Деградацией механических свойств конструкционных сталей называется процесс изменения под воздействием эксплуатационных факторов его контролируемой механической характеристики по сравнению с аналогичной характеристикой, имеющейся в проектно-конструкторской документации на момент изготовления, монтажа и пуска в эксплуатацию конструкции.

В зависимости от направления изменения механической характеристики различают разупрочнение, упрочнение и охрупчивание металла. Под охрупчиванием стали с ОЦК решеткой понимают сдвиг температуры вязко-хрупкого перехода в область более высоких температур.

Реже в технической литературе снижение пластических свойств стали (относительное удлинение и сужение) также связывают с понятием охрупчивания стали. Однако, строго говоря, это не всегда так. В сталях могут развиваться процессы охрупчивания (как, например, при тепловой хрупкости), которые практически не сказываются на уровне пластических свойств.

Под разупрочнением стали понимают заметное снижение предела текучести и временного сопротивления по сравнению с их значениями в исходном (до эксплуатации) состоянии. Процессу упрочнения материала соответствует заметное увеличение уровня предела текучести и временного сопротивления стали за время эксплуатации конструкции.

Установление факта изменения механических свойств стало возможным после введения в практику применения металла контролируемых механических характеристик. По мере развития технического прогресса непрерывно расширяется перечень таких характеристик.

В настоящее время для элементов конструкций, эксплуатируемых вплоть до температур проявления ползучести (450°С для низкоуглеродистых и 500°С для низколегированных сталей) к числу основных контролируемых механических характеристик относятся: модуль упругости, предел упругости, предел текучести, временное сопротивление (предел прочности), разрушающее напряжение, относительное удлинение, относительное сужение, отношение предела текучести к пределу прочности, предел выносливости, критическая температура хрупкости, температура нулевой вязкости, статическая вязкость разрушения Кс (Я,г), динамическая вязкость разрушения Kd (Kld), величина критического раскрытия трещины 6С (61с).

Как правило, еще на стадии изготовления, транспортировки и монтажа металлической конструкции материал подвергается механическому и термическому воздействиям, обусловливая охрупчивание металла, по крайней мере, в некоторых зонах и элементах конструкции. К механическим воздействиям, приводящим к пластической деформации (наклепу), относятся вальцовка (труб, обечаек, оболочек), подгиб кромок (днищ, крышек, обечаек, стенок), штамповка (труб), пробивка отверстий, усадка металла в околошовной зоне при сварке и др. технологические операции. Охрупчивание металла в результате пластической деформации (наклепа) обусловлено увеличением плотности дефектов кристаллической решетки - дислокаций и закреплением подвижных линейных дефектов (дислокаций) атомами внедрения типа углерода или азота. Это явление охрупчивания получило название «деформационноестарение».

К неблагоприятным термическим воздействиям на материал относятся термический цикл сварки, вызывающий укрупнение зерна феррита и появление закалочных структур, и пребывание (замедленное охлаждение) легированных сталей в диапазоне температур развития обратимой отпускной хрупкости (450-580°С), вызванной сегрегацией вредных примесей типа фосфора по границам зерен.

Отпуск при термической обработке легированных сталей в диапазоне 320-380°С после закалки приводит к развитию необратимой отпускной хрупкости, обусловленной предпочтительным выделением карбидов по границам зерен.

Особенно существенное охрупчивание металла возникает в результате нарушения технологии сварки - попадания влаги в сварочную ванну, использования непросушенных сварочных материалов, обусловливающих появление в структуре сварного соединения закалочных структур и наводороживание.

Указанные виды воздействий на стадии изготовления, транспортировки и монтажа конструкций относятся к технологическим факторам охрупчивания.

Рис. 4.1. Влияние технологических и эксплуатационных факторов охрупчивания на величину охрупчивания конструкционных сталей:

/ - холодная вальцовка; 2 - деформационное старение; 3 - термический цикл сварки; 4 - обратимая отпускная хрупкость; 5 - попадание влаги в сварочную ванну; 6 — малоцикловая усталость; 7 - тепловая хрупкость сталей со структурой феррит - перлит; 8 - наводороживание в парогазовой среде; 9 - сероводородное растрескивание; 10 - тепловая хрупкость сталей со структурой сорбита отпуска

К эксплуатационным факторам охрупчивания относятся все виды тепловых, механических, коррозионно-механических и коррозионных воздействий в период эксплуатации конструкции, включая технологические и внеплановые остановки.

Типичные степени охрупчивания свариваемых конструкционных сталей при разных его видах представлены на рис. 4.1. Наибольшая степень охрупчивания проявляется в сталях, в которых при сохранении параметров структуры, например, величины зерна, хрупкость вызвана снижением когезивной прочности границ зерен. К таким опасным состояниям относится сегрегация вредных примесей (фосфора и его химических аналогов) по границам зерен при тепловой, водородной и сульфидной хрупкостях.

Следует иметь в виду, что охрупчивание, возникающее в процессе эксплуатации, не устраняет охрупчивание, появившееся при изготовлении, транспортировке и монтаже металлической конструкции, а, как правило, увеличивает его. 

<< | >>
Источник: Горицкий В.М. Диагностика металлов. 2004

Еще по теме Деградация механических свойств конструкционных деталей:

  1. Деградация механических свойств конструкционных деталей