Хладноломкость стали – это свойство снижения уровня вязкости при понижении температуры. То есть — сталь с определенными характеристиками при определенной пониженной температуре становится хрупкой и легко разрушается. Противоположный параметр – это красноломкость, проявляющаяся хрупкостью при повышении температуры.
И та температура, которая является критической, при которой металл становится хрупким, называется порогом хладноломкости.
Характеристика видов стали по хладноломкости
По устойчивости металлов к холоду их разделяют на категории:
- Металлы и сплавы, без ущерба применяемые в температурном режиме до -60ºС. Они используются в холодильном машиностроении, при производстве изделий, деталей, предназначенных к эксплуатации в условиях Севера.
- Стали, порог хладноломкости которых позволяет использовать их при 170К. Углерода в них – 0,2-0,3%, они легированы примесями хрома, молибдена, никеля.
- Сплавы, способные без ухудшения свойств выдержать понижение температуры до 77К.
- Металлы, используемые при условиях внешней среды ниже 77К. Такие материалы применяют при изготовлении космической техники, установок для водородного производства, для экспериментов в области физики и химии.
От чего зависит хладноломкость стали
Факторов, оказывающих влияние на уровень хладноломкости металла, множество.
К внешним факторам, воздействующим на хрупкость стали, относятся температура и характер нагрузки. Так, чем быстрее воздействует нагрузка, тем ниже сопротивляемость материала к разрушению. Уровень вязко-хрупкости повышается, а стойкость к трещинам ухудшается. Показательный пример – разрушение судна, попавшего в шторм зимой.
Немаловажная роль принадлежит кристаллической структуре сплава, относящейся к внутренним факторам. Так, к хладноломким можно отнести стали с кристаллической решеткой объемно-центрированного куба. А аустенитные стали с решеткой гранецентрированного куба проявляют устойчивость.
Легирующие элементы делают сплав прочнее, воздействуя на величину зернистости. Содержание азота и углерода также является упрочняющим фактором, они способствуют образованию твердых растворов с железом. Снижение вязкости, обусловленное высокой прочностью мартенсита, требует реализации отпуска, при нем появляются карбиды. Углерода становится меньше, воздействие фактора упрочнения слабеет. Отпускная хрупкость стали растет из-за создания концентрированного состояния – возможно появление микротрещин.
Концентрация углерода влияет на хладостойкость металла при определенном температурном режиме. Ее надо уменьшать. Тогда улучшается показатель свариваемости.
Повышение твердости, прочности, ударной вязкости обуславливается присутствием цветного металла никеля и черного — марганца. Хром в определенных количествах улучшает вязкость, а кремний снижает.
Конструктивный аспект. Механическая прочность и хладноломкость стали во многом зависит от размеров изделия и точки приложения сконцентрированного напряжения в определенных его зонах. Очаги трещин чаще возникают в точках, где более всего концентрируется напряжение.
Технологические факторы. Большое значение имеет чистота поверхности. Неровности разного размера – микро- и макро- способствуют увеличению напряжений и, соответственно, снижению порога хладноломкости – по сравнению с чистыми, шлифованными поверхностями. Отрицательную роль играют дефекты сварки, из-за которых образуются выплавки, непровары, трещины, служащие концентраторами напряжений, приводящих к разрушениям.
