Механические и деформационные характеристики сталей
Важнейшими свойствами сталей, обуславливающими возможность и целесообразность их применения в сварных конструкциях, являются прочность и пластичность в условиях эксплуатации (п. 7.1). Основными механическими характеристиками считаются предел текучести, временное сопротивление (предел прочности) и относительное удлинение, которые определяются в результате испытания цилиндрических образцов на растяжение до разрыва по ГОСТ 1497. По диаграмме растяжения, т. е. зависимости испытательной нагрузки от удлинения образца (рис. 12.1, а, кривая 1), находят значение нагрузки Рт, соответствующее площадке текучести, и максимальное значение Рв. Далее вычисляют предел текучести и временное сопротивление
как
где А0 — площадь сечения образца, измеренная до нагру-
жения.
Если сталь деформируется без площадки текучести (кривая 2), то находят нагрузку , при которой остаточное относительное удлинение достигло значения
, и вычисляют условный предел текучести
Стали одной марки в разных плавках имеют значительный разброс механических характеристик. Нормативные значения предела текучести соответствуют вероятности обеспечения 0,95-0,98. Это значит, что в подавляющем большинстве случаев фактические значения
существенно больше, чем нормативные.
Относительное удлинение образца после разрушения (%) определяют как
где — длины рабочей части образца в исходном состоянии и после разрушения.
При необходимости, измерив диаметр шейки образца после разрыва и вычислив площадь его сечения , находят также относительное сужение (%)
Для оценки склонности стали к хрупкому разрушению используют испытания образцов с надрезом на ударный изгиб по ГОСТ 9454 (рис. 12.1, б). Надрезы могут быть U-образной формы с радиусом закругления 1 мм (образец Менаже), V-образной формы с радиусом закругления 0,25 мм (образец Шарпи) и с усталостной трещиной (образец типа Т). В результате испытаний определяют работу удара (соответственно KU, KV, КТ, Дж) и ударную вязкость, равную работе удара, деленной на площадь сечения с надрезом (KCU, KCV, КСТ, Дж/см2). Эти испытания в зависимости от поставленных задач могут быть проведены при нормальной (+20 °С) или низкой (-20...-70 °С) температуре. В некоторых случаях проводят испытания на ударный изгиб после механического старения образца (ГОСТ 7268). Для этого заготовку, из которой будет вырезан образец, пластически деформируют до достижения остаточногоудлинения 10 %, после чего подвергают искусственному старению путем нагрева до 250 °С с выдержкой в течение 1 ч и охлаждают на воздухе. После этого изготавливают образцы и определяют ударную вязкость.
В отечественных нормах в основном фигурируют значения ударной вязкости KCU. Однако результаты испытаний образцов с V-образным надрезом — KVили KCV,которые и приняты в зарубежных нормах, значительно лучше отражают влияние низких температур на пластичность и сопротивление хрупкому разрушению сталей. Корреляция между значениями ударной вязкости на образцах с U-образным и V-образным надрезами отсутствует, но всегда KCU>KCV.
Результаты испытаний на ударный изгиб не фигурируют в инженерных расчетах и используются только для сравнительной оценки склонности стали к хрупкому разрушению. Значение ударной вязкости является одним из основных факторов при решении вопроса о возможности применения стали для конструкций, эксплуатируемых при низких температурах.