+38 044 465-79-77
cnc7@i.ua
Пн. - Сб. : 09:00 - 19:00

Влияние низких температур на свойства металлов

Влияние низких температур на свойства металлов

Обработка машиностроительных и судостроительных металлов производится в нагретом и холодном состояниях. Некоторые готовые конструкции, как, например, паровые котлы, работают при повышенных температурах. Свойства материалов меняются с изменением степени нагрева; это необходимо знать как производственнику, чтобы это учесть при обработке металла, так и конструктору, чтобы ввести поправки в механические свойства, определяемые обычно в условиях комнатной температуры.

Низкие температуры ( < 0°) имеют значение для судостроения, так как приходится работать в зимнее время в неотапливаемых помещениях, а сборочные работы ведутся на стапелях иногда под открытым небом. К низким температурам металлы относятся различно: железные сплавы и разные сорта стали к ним довольно чувствительны, в то время как красная медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы своих

свойств при низких температурах, по крайней мере в сторону ухудшения, не изменяют.

Классические опыты Гадфильда над определением временного сопротивления и удлинения образцов разных марок стали при низких температурах показывают, что при понижении температуры временное сопротивление увеличивается, а удлинение снижается. Проведена кривая (по Гадфильду) изменений временного сопротивления для очень мягкого железа (С = 0,045%); кривая построена, т. е. временное сопротивление было определено для температур + 18°, — 80°, — 100°, — 183°, и кривая в этом районе.

Опыт производился над образцом диаметром 4,57 мм (0,180") и расчетной длиной в 50,8 мм (2"). Образец 1734 подходит по содержанию никеля, хрома к броневой стали. Опыты показывают резкое снижение удлинения (часто до 0) в стали при температуре жидкого воздуха; мягкая сталь разрывается подобно чугуну; отмечается устойчивость на холоде броневой стали.

Твердость стали с понижением температуры увеличивается. Гилье и Курно экспериментировали с мягким электролитическим железом и разными сталями, причем было выявлено, что увеличение твердости до — 80° незначительно; резкое повышение отмечено в пределах от — 80 до —110°. Чем сталь мягче, чем в ней более феррита, тем значительнее влияние холода на повышение твердости. Мягкие и твердые стали по мере понижения температуры между собой по твердости сравниваются, построение кривых твердости оставляет впечатление, что если бы продолжить их до точки абсолютного нуля, то твердость всех сталей была бы в этой точке одинаковая.

Ударная сопротивляемость стали при температуре ниже 0° определялась многими исследователями. Если взять сталь типа Ст. 3, то ее ударная сопротивляемость при низких температурах в известной мере будет зависеть от ее исходного состояния, термообработки. Сталь вообще с понижением температуры снижает свою ударную сопротивляемость и при температурах — 40° все сорта стали, мягкие и твердые, дают на образцах с надрезом ударную сопротивляемость порядка 1 кгм/см2. Сталь при этих температурах от удара легко ломается, дает трещины. В пределах от 0 до 40° для стали отмечается постепенное-снижение ударной вязкости, но в районе от — 40 до + 30° отмечена пестрота, разбросанность цифр.

Исследования произведены в двух вариантах: кривая а на диаграмме относится к стали нормализованной, a b — к стали наклепанной и отпущенной при 250° С, т. е. к стали, подвергнутой искусственному старению. Кривые дают ясное представление, насколько различно относится одна и та же сталь к низкой температуре в зависимости от своего состояния.Нормализованная сталь снижает (кривая а) ударную сопротивляемость начиная с + 30° до — 40°, причем в этом районе получается пестрота, разбросанность цифр и об ударной сопротивляемости можно судить лишь из опыта над несколькими образцами (кривая а раздваивается), чтобы определить максимум и минимум для данной температуры. Сталь наклепанная ведет себя (кривая Ъ) аналогично, но только снижение ударной сопротивляемости начинается с + 100° до — 10°, т. е. кривая Ъ перемещена вправо; в то время как сталь нормализованная достигает минимума около — 40°,—-сталь наклепанная его достигает около — 10°.

Исследования стали при низких температурах дают возможность сделать такой вывод: судостроительную сталь на сильном морозе (25—30°) обрабатывать ударами следует осторожно, в особенности это относится к кромкам листов, обрезанных ножницами, если эти кромки затем не были подвергнуты обрезке на станках для удаления наклепа или листы не были подвергнуты отжигу.

Поскольку с понижением температуры твердость и временное сопротивление стали увеличиваются, обработка ее на морозе будет несколько труднее; она потребует большой затраты энергии. Опыты Робена над осадкой стальных цилиндриков мягкой стали до определенной высоты при разных температурах показали, что затрата работы при температуре жидкого воздуха потребуется в два раза более,чем таковая же осадка при комнатной температуре.

Красная медь, ее сплавы, алюминий и его сплавы нечувствительны к низким температурам и механические показатели этих металлов и их сплавов не претерпевают изменений, указанных выше для железных сплавов.