книги / Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин
..pdfсг |
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.