Наклеп возникает в процессе изготовления конструкций при холодной гибке элементов, пробивке отверстий, резке ножницами.
В некоторых случаях, когда снижение пластичности не имеет большого значения, наклеп используется для повышения пределов упругой работы (например, в тонкой высокопрочной проволоке для висячих и предварительно напряженных конструкций, в холоднотянутой арматурной проволоке). Повышение предела текучести допускается также учитывать при расчете элементов из гнутых профилей, где в зоне гиба металл получает наклеп.
1.3.3. Влияние температуры. Механические свойства стали при нагревании ее до температуры t = 200-250°С практически не меняются (рис. 1.10,а).
При температуре 250-300°С прочность стали несколько повышается, пластичность снижается. Сталь в изломе имеет крупнозернистое строение и становится более хрупкой (синеломкость). Не следует при этой температуре деформировать сталь или подвергать ее ударным воздействиям.
Нагрев выше 400°С приводит к резкому падению предела текучести и временного сопротивления, а при t = 600-650°С наступает температурная пластичность, и сталь теряет свою несущую способность.
При отрицательных температурах прочность стали возрастает, временное сопротивление и предел текучести сближаются, ударная вязкость падает и сталь становиться хрупкой.
Зависимость ударной вязкости от температуры (рис. 1.10,6) характерна тем, что переход от вязкого разрушения к хрупкому происходит, как правило, скачкообразно, в узком температурном диапазоне, называемом порогом хладноломкости. Обычно в качестве порога хладноломкости принимают температуру, при которой ударная вязкость становится меньше определенной величины (30-40 Дж/см ).
Склонность стали к хрупкому разрушению при низких температурах зависит от величины зерна (мелкозернистые стали лучше сопротивляются хрупкому разрушению и имеют более низкий порог хладноломкости), наличия вредных примесей (фосфор, сера, азот, водород), толщины проката (масштабный фактор).
Наиболее склонны к хрупкому разрушению кипящие стали. Порог хладноломкости стали С235 (СтЗкп) лежит в интервале от О до -10°С; для спокойной стали С255 (СтЗсп) переход в хрупкое состояние происходит при
6,нн/см
б) к с и, дж/см
-100 о 100 200300100500 ±,0
50-10-30 -20-10 О *iat°c
Рис. 1.10. Влияние температуры на свойства стали 1 - сталь 10Г2С1; 2 - сталь С235; 3 - сталь С255
t = -20...-30°C. Низколегированные стали имеют порог хладноломкости -40°С и ниже.
При увеличении толщины проката порог хладноломкости смещается в область более высоких температур.
С изменением температуры меняется также вид поверхности излома. Бархатистая (волокнистая) часть излома свидетельствует о вязком разрушении, фасеточная часть - о хрупком. Чем больше бархатистая часть в изломе, тем лучше сталь сопротивляется хрупкому разрушению.
1.4. Работа стали под нагрузкой
1.4.1. Виды и механизм разрушения стали. Разрушение металла в зависимости от степени развития пластических деформаций может быть хрупким или пластичным (вязким).
Хрупкое разрушение происходит путем отрыва (рис. 1.11,а), без заметных деформаций, внезапно. Пластичное разрушение является результатом сдвига (рис. 1.11,6) и сопровождается значительными деформациями, которые могут быть своевременно обнаружены, и поэтому менее опасно.
Один и тот же материал может разрушаться и хрупко, и пластично в зависимости от условий работы (вид напряженного состояния, наличие концентраторов напряжений, температура эксплуатации).
При отрыве разрушаются межатомные связи. Зная силы сцепления между атомами, можно определить прочность кристалла при отрыве. Так, для стали теоретическая прочность составляет приблизительно 3300 кН/см .
Сдвинуть одну часть кристалла относительно другой значительно легче, однако и в этом случае касательные напряжения, которые необходимо приложить для смещения (рис. 1.11,в), составляют около 1300 кН/см, что намного больше предела текучести реальных металлов.
Только в лабораторных условиях удается получить нитевидные кристаллы (так называемые "усы"), имеющие прочность, близкую к теоретической. Самая прочная стальная проволока имеет прочность около 400 кН/см , а прочность строительных сталей не превышает 100 кН/см .
б) in
Рис. 1.11. Виды разрушения
- отрыв; б - срез; в - схема смеи1/ения атомных слоев при сдвиге; 1 - плоскость скольжения; г - диаграммы работы материала; I - вязкое разрушение; 2 - хрупкое разрушение
Рис. 1.12. Точечные дефекты кристаллической структуры
а - вакансия; б - атом замещения; в - атом внедрения
>
/ / -
Рис. 1.13. Краевая (а) и винтовая (6) дислокации
Расхождение между теоретической и реальной прочностью объясняется несовершенствами (дефектами) кристаллической структуры.
Различают четыре вида дефектов кристаллической решетки: точечные (рис. 1.12), линейные (рис. 1.13), поверхностные и объемные.
К точечным дефектам относятся отсутствие атома в узле решетки - вакансия (рис. 1.12,а), наличие инородного атома в узле решетки (рис. 1.12,6), например, замещение основного атома в узле атомом легирующего элемента, а также расположение атома вне узла решетки - межузельный, или внедренный атом (рис. 1.12,в).
К линейным дефектам относятся краевые (рис. 1.13,а) и винтовые (рис. 1.13,6) дислокации.
Поверхностные дефекты включают границы зерен, двойниковые прослойки и т.д., а объемные - поры и инородные включения.
фридман Я.Б. Механические свойства металлов. - М.: Машиностроение, 1974.
