Факторы, влияющие на свойства стали

Старение – ухудшение свойств стали с течением времени без заметного изменения микроструктуры. Старение снижает сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению. Основные факторы старения – температурные колебания (термическое старение) и механические воздействия (деформационное старение). Нагрев стали до невысокой температуры  может резко усилить процесс старения. Деформационное старение протекает после пластической деформации. Наиболее подвержены старению стали, загрязненные и насыщенные газами, например, кипящая сталь.

Наклёп – повышение упругой работы материала в результате предшествующей пластической деформации. Если сталь подвергнуть растяжению до пластического состояния и затем разгрузить, то появится остаточная деформация. При повторном нагружении образца после некоторого «отдыха» материала сталь опять начинает работать упруго, повторяя прямую разгрузки, и дальше работа идет по нормальному пути диаграммы однократного растяжения. Аналогичная картина при разгрузке после того, как вся площадка текучести будет сработана. Предварительно растянутый образец, получая большую остаточную деформацию того же знака, разрушается почти в пределах упругой работы при небольших деформациях. Пластичность стали снижается, возникает опасность хрупкого разрушения.

Температура. При нагревании от  механические свойства стали не меняются. При  прочность стали несколько повышается, пластичность снижается. Нагревание до  приводит к резкому снижению  При  наступает температурная пластичность и сталь утрачивает свою несущую способность.

При отрицательных температурах прочность стали возрастает, сближаются, ударная вязкость падает и сталь становится хрупкой. Переход от вязкого разрушения к хрупкому происходит скачкообразно – порог хладноломкости (т.е. в узком диапазоне температур). Обычно за порог хладноломкости принимают температуру, при которой величина ударной вязкости становится ниже 30…40 Дж/см². Порог хладноломкости для кипящих сталей – 0…-10°С, спокойных -20…-30°С, низколегированных -40°С и ниже.

Концентрация напряжений. Чем выше концентрации напряжений, тем меньше пластические деформации. Разрушение носит хрупкий характер. При статических нагрузках и нормальной температуре концентрация напряжений в большинстве случаев не влияет на несущую способность, однако она особенно опасна в конструкциях, эксплуатируемых при низких температурах. Крайне неблагоприятное влияние на прочность при наличии концентраторов оказывают динамические воздействия, а также резкое снижение температуры, носящее характер температурного удара.

Работа стали при повторной нагрузке. Многократное повторное нагружение может привести к разрушению при напряжениях меньше предела прочности и даже предела текучести. Это явление называется усталостью металла. Способность металла сопротивляться усталостному разрушению называется выносливостью, а напряжения, при которых происходит разрушение – вибрационной прочностью.

Вибрационная прочность зависит от числа циклов «n», вида загружения (коэфф. асимметрии ). Испытания обычно проводят при  циклов. Для низкоуглеродистой стали: , при . Для низколегированных сталей (С345-С390): при , при . У высокопрочных сталей (С440-С540) предел выносливости практически не отличается от предела выносливости сталей повышенной прочности.

Большое влияние на усталостную прочность оказывает концентрация напряжений. Чем острее концентратор, тем ниже усталостная прочность. Для круглого отверстия усталостная прочность снижается в 1,4 раз, для острого концентратора – в 3,5 раза.