HomeОбработка стали › Высокотемпературная хрупкость металла

Высокотемпературная хрупкость металла

Высокотемпературная хрупкость металлаВлияние температуры на механические свойства металлов начали изучать в прошлом веке. Все исследователи установили понижение и прочности, и пластичности при нагревании даже у высокопластичных металлов, сопровождающееся хрупким разрушением тю границам зерен.

 

По данным Руделова (1898 г.), Ле-Шателье (1901 г.), Штрибека (1903 г.), Юза (1911 г.), Бенгоу (1912 г.), Хантингтона (1912 г.), Ингола (1923 г.), Зибе (1928 г.), Инокути (1929 г.), пластичность меди, у которой при 20°С 6 = 32-=-62% и i|3 = 56-=-70%, с повышением температуры постепенно понижается до 6=17-29% и Т\’7-< 30% при 500-600°С.

 

Людвиг в 1915 г. нашел, что относительное удлинение никеля понижается с 13-15% при 20-300°С до 5% при 800-1100°С, а сужение соответственно с 34-36% до 8-11%. Джеффрис и Арчер\’ установили аналогичную зависимость для меди, никеля и железа, относительное удлинение которых, равное 22-24% при 20°С, уменьшается при 700-900°С у меди до 4-9%, у никеля до 15- 18% и у железа до 18-23%;

 

относительное сужение понижается соответственно у меди с 76 до 4-9% и у железа с 78 до 15-38%. Джеффрис и Арчер для объяснен ния высокотемпературной хрупкости металлов использовали высказанную ранее Розенгейном гипотезу о наличии «аморфного металлического цемента» по границам кристаллитов. Они считали, что прочность (сцепление) аморфного материала при повышении температуры понижается более значительно, чем сцепление (когезия) кристаллического материала.

 

При некоторой температуре, названной ими «эквико-гезивной», кривые изменения прочностей кристаллического и аморфного материала пересекаются и сцепления обеих модификаций становятся одинаковыми. Выше эк-викогезивной температуры кристаллический материал имеет большее сцепление; ниже этой температуры аморфная модификация прочнее.

 

Интересно отметить, что, при температуре плавления прочность аморфной фазы равна нулю, а прочность кристаллической фазы составляет заметную величину: около одной пятой части исходной прочности. Это ошибка; прочность расплавленных кристаллов также должна равняться нулю. Согласно этой гипотезе, пластичные металлы при холодной деформации, т. е. ниже температуры рекристаллизации, разрушаются транскристаллитно, выше этой температуры — интеркристаллитно.

 

Медленное нагружение и длительное воздействие нагрузки благоприятствуют межкристаллит-ному разрушению и низкой прочности; в этих условиях границы зерен являются причиной слабости, а не прочности. По мнению этих авторов, при высоких температурах соотношение между прочностью и величиной зерна меняется на обратное. И крупнозернистые образцы становятся прочнее.

 

При эквикогезивной температуре прочность и твердость мало изменяются в зависимости от величины зерна. Исследуя крупнозернистые и мелкозернистые образцы, Джеффрис и Арчер определили следующие значения эквикогезивной температуры, °С: 250-275 для серебра, 275-300 для золота, 525-550 для платины, 550-600 для железа и 1350 для вольфрама; для меди эта температура равнялась 950°С при быстром растяжении (за 3 с) и 300°С при очень медленном.

 

Растяжение меди при 950°С за 5 с приводило к пластичному транскристаллит-ному разрушению и бЕ=1,8 кгс/мм2, тогда как при медленном растяжении (за 1 мин) медь разрушалась хрупко межкристаллитно и ов=0,5 кгс/мм2. Высказанная этими авторами гипотеза получила подтверждение в дальнейших работах.

Хрупкое межкристаллитное разрушение при высоких температурах и пластичное транскристаллитное разрушение с образованием шейки определены выше следующих температур, °С: 550 для алюминия, 350 для бескислородной меди, 300 для меди с кислородом и для меди чистотой 99,999%. 250-700°С (в зависимости от величины зерна).

По данным работы, излом поликристаллических материалов при низких температурах — вязкий транс-кристаллитный, а при повышенных — интеркристаллитный;

Понятие «эквикогезивная температура» используется до настоящего времени. В работе указано, что высокотемпературное разрушение происходит по границам зерен и что падение пластичности и межзеренное разрушение начинаются при температуре, равной примерно половине абсолютной температуры плавления; бескислородная медь при повышенных температурах легко растрескивается по границам зерен.

 

Однако одновременно отмечены исключения из этой закономерности: 1) высокая пластичность чистого алюминия вплоть до температур всего лишь на I-2° ниже точки плавления; 2) возможность повторного возрастания пластичности с увеличением температуры.

 

Эти исключения оказались не редкими. Во многих работах установлено наличие одной или даже нескольких зон хрупкости при промежуточных температурах между комнатной и температурой плавления. Указано, что провалы пластичности являются природными свойствами всех металлов, обусловленными наличием превращений, различными сортами атомов и другими причинами.

 

В отличие от Джеффриса и Арчера М. Г. Лозинский  предложил схему, согласно которой кривые зависимости прочности границ зерен и самих зерен от температуры пересекаются не один, а два раза; получаются две эквикогезивные точки. Хрупкое межкристаллитное разрушение происходит только при средних температурах.

В работе отмечено, что зоны хрупкости при промежуточных температурах имеются почти у всех пластичных металлов: у меди при 450°С, никеля при 700°С, титана при 600QC, алюминия при 430-580°С, а также у молибдена, тантала и ванадия.

 

По данным, медь и латунь имеют зону хрупкости при температурах около 400-500°С. Наряду с этим были проведены экспериментальные работы, показавшие отсутствие зон хрупкости у чистых металлов. Например, установлено, что пластичность чистой меди непрерывно увеличивается с повышением температуры; горячеломкость обусловлена наличием примесей и воздействием окружающей атмосферы на границы зерен металла, причем тем сильнее, чем продолжительнее испытание на растяжение.

 

 

Металлы с г. ц. к. и о. ц. к. структурой, а также индий с тетрагональной гранецентрированной структурой пластичны при всех температурах; малопластичные в обычных условиях металлы с плотной гексагональной упаковкой (п. г.) (бериллий, магний, цинк, кадмий, иттрий, рений, рутений, осмий, технеций и многие редкоземельные металлы) в отличие от кубических значительно труднее подвергаются деформации, так как у них только одна плоскость (базиса), по которой идет скольжение при обычных температурах.

 

При нагревании пластичность их возрастает вследствие появления новых плоскостей скольжения. Другие элементы с еще более неблагоприятной структурой (германий, кремний, висмут, сурьма, галлий, ртуть) также обнаруживают появление новых плоскостей скольжения при нагревании и в силу этого возрастание пластичности, особенно при наличии всестороннего неравномерного давления. Для полиморфных металлов высокотемпературная модификация — самая пластичная.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.