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 Р_т, соответствующее площадке текучести, и максимальное значение Р_в. 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.