Что такое хладноломкость?

Все большее число машин в настоящее время работает при низких температурах, в связи с чем важное значение приобретает оценка работоспособности деталей при этих температурах. При переходе от высоких температур к пониженным изменяется механизм разрушения у многих металлов (в первую очередь имеющих объемно – центрированную кубическую или гексагональную решетку): вязкое разрушение переходит в хрупкое.

Температурный интервал этого изменения называют порогом хладноломкости.

Экспериментально вязкое разрушение характеризуется волокнистым (ямочным) изломом и определенной работой распространения трещин, а хрупкое – кристаллическим (ручьистым) изломом при очень малом (практически нулевом значении) этой работы. В связи с этим количественный порог хладоломкости оценивается температурным интервалом, в котором доля волокнистого излома (В, %) уменьшается от 100 % до 0 % или работа распространения трещин (а_р) снижается от некоторого значения также до 0. Построенные таким образом кривые называются сериальными, поскольку для их получения требуется проведение нескольких серий испытаний при разных температурах.

Что такое порог хладноломкости?

Порог хладноломкости характеризуется из анализа сериальных кривых двумя значениями температур: Т_В (выше этого значения – излом полностью вязкий) и Т_Н (ниже этого значения – излом полностью хрупкий). Порог хладноломкости можно также характеризовать одной цифрой (значением температуры полухрупкости), указывая середину порога Т₅₀ (т.е. температуру, при которой имеет место 50 % волокнистого излома или уменьшение вдвое величины а_р).

Очевидно, чем выше пластические свойства материала и чем менее резко они уменьшаются, тем более надежен этот материал при низких температурах. Оценка изменения этих свойств чаще всего производится при помощи ударных испытаний по ГОСТ 9454. Метод ударных испытаний основан на разрушении ударом маятника копра балочного двухопорного образца с надрезом посередине. Испытания на ударный изгиб этим методом могут быть проведены при температуре от минус 100 до плюс 1000 °С. В качестве охладителя используется смесь жидкого азота или твердой углекислоты с незамерзающей при температуре испытаний и нетоксичной жидкостью. В результате испытаний определяют полную работу, затраченную при ударе (работу удара) - К(А), Дж, или ударную вязкость – , Дж/см², (S_о - начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора).

Зависимость работы удара и ударной вязкости от температуры (сериальные кривые), иллюстрирующие влияние на хладоемкость содержания углерода, кислорода и азота или фосфора и серы, показывают резкое падение пластических свойств с уменьшением температуры [45]. Такого типа зависимости могут быть получены в результате достаточно трудоемких и многообразцовых испытаний, причем их сложность еще более усиливается при применении поверхностной упрочняющей технологии.

При проведении испытаний  образцы охлаждались в камере с жидким азотом до температуры минус 60 °С и затем устанавливались на стол твердопластомера. Измерение твердости и пластичности производилась по мере естественного нагрева.

Использование для оценки хладноломкости неразрушающего метода определения пластичности по двум параметрам конического отпечатка позволяет резко сократить объем испытаний, а также получить информацию об изменении (под влиянием температуры) свойств поверхностных упрочненных слоев. В [45] приведены найденные таким образом значения d_B и НRC_Э для наплавленных слоев, полученных при использовании самозащитных порошковых проволок ПП-АН125, ПП-АН122, ПП-АН130, ПП-АН106, представляющих по классификации МИС четыре различные группы наплавочных материалов. Образцы наплавлялись этими материалами обычным способом, а также подвергались наплавке с термической обработкой, которая заключалась в деформировании материала в процессе наплавки.

Результаты этих исследований, в частности, показали, что в диапазоне температур 0 – минус 60 °С у всех изучаемых материалов происходит снижение пластичности, однако у материалов после термомеханической обработки снижение пластичности при всех температурах меньше, чем у наплавленного металла, не подвергнутого термомеханической обработке. Твердость исследуемых материалов в данном интервале температур изменяется незначительно. Таким образом, неразрушающий метод определения пластичности может быть полезным при оперативной оценке хладоломкости материалов.{jcomments on}