Испытание стали и искаженная кристаллическая решетка

Хромомолибденовая сталь в отожженном состоянии при кратковременном испытании на разрыв при температуре 550°С показала следующие механические свойства: предел прочности; предел текучести.

Результаты испытаний этой стали на растяжение при температуре 550°С с различной длительной нагрузкой.

Во всех образцах под нагрузкой имело место напряжение ниже предела прочности, а в пяти образцах даже ниже предела текучести.

Рассмотренный пример показывает, что чем продолжительнее металл находится под напряжением при высоких температурах, тем меньше будет напряжение, которое способно его разрушить. Время до разрушения является важнейшим фактором, и оно зависит от напряжения при данной температуре.

Если продолжить рассмотрение нашего примера и снизить нагрузку до напряжения 11 кгс/см2, то для разрушения потребуется 10 000 ч, а при напряжении 6 кгс/мм2 время разрушения составит 100 000 ч. Напряжение, вызывающее при определенной температуре разрушение металла через 100 000 ч, носит название длительной прочности.

Чтобы ясней понять природу ползучести металлов, рассмотрим явления наклепа и рекристаллизации. Изменение свойств металла после холодной деформации называется наклепом, а сам металл наклепанным.

При холодной деформации искажается строение металла (искажается кристаллическая решетка) и разрушается первоначальная форма зерен; при этом повышается предел прочности и твердость (т. е. металл в месте наклепа упрочняется) и одновременно снижаются его относительное удлинение и ударная вязкость. При излишне сильном наклепе в металле возникают трещинки и он становится непригодным к применению. Наклеп появляется не только после ударов, но и при воздействии сильным давлением; так, например, при прокатке холодных или недостаточно нагретых листов через валки металл теряет пластичность и упрочняется. Гнутье труб, резка металла на ножницах также сопровождаются наклепом.

Искаженная кристаллическая решетка является неустойчивой структурой, которая стремится перейти в устойчивое состояние. Однако при комнатной температуре подвижность атомов недостаточна для выправления внутреннего строения. При повышении температуры подвижность атомов возрастает и при определенной температуре происходят процессы возвращения атомов в устойчивое положение, искаженная кристаллическая решетка выправляется, деформированная структура восстанавливается и металл приобретает первоначальные механические свойства. Такой процесс восстановления называется рекристаллизацией (разупрочнением).