Конструктивная анизотропия и свойства упрочненного проката

Проведенные подробные исследования показали, что рассматриваемый прокат имеет четыре зоны, различающиеся структурой и твердостью: 1 — тонкий (0,5 мм) слой с твердостью НУ 320-340, состоящий из продуктов отпуска мартенсита или нижнего бейнита; 2 — слой со структурой отпущенного верхнего бейнита с твердостью НУ 220-260; 3 — переходный слой с твердостью НУ 220-230; 4 — сердцевина сечения с твердостью НУ 150-180.

Ввиду неоднородности свойств по сечению упрочненного проката при применении его в конструкциях необходимо изучить соответствие локальных свойств материала и агрегатной прочности образцов, вырезанных по всей толщине профиля.

Прочностные и пластические характеристики являются интегральной величиной, определенной на образцах, вырезанных из более твердых поверхностных слоев и относительно более мягкой сердцевины. В этом случае прочность материала можно рассчитывать как прочность композиционных материалов с однонаправленными непрерывными волокнами.

Аналогичные результаты были получены при испытаниях на растяжение двутавровых балок. Несмотря на разницу в свойствах локальных образцов, вырезанных из полок и стенок профиля, при испытании целого элемента предел текучести, зафиксированный каждым датчиком, наклеенными по всему периметру, из-за совместности деформирования оказался практически одинаковым и равным агрегатному пределу текучести изделия. При этом на диаграмме α — ε зафиксирована площадка текучести.

Агрегатная прочность профилей соответствует прочности образцов, вырезанных стандартным для термически упрочненных профилей образом. Ось образцов из фасонного проката должна находиться на расстоянии 1/2 ширины полки от края, чтобы не сказался эффект более сильного упрочнения перьев профилей.

Некоторые из отмеченных особенностей механических свойств имеют место при испытаниях упрочненного листового проката как рулонного, так и листов больших толщин из малоуглеродистой и низколегированных сталей.

Оказывается, что пластичность, измеренная подобным образом, возрастает при переходе от горячекатаных и нормализованных профилей с феррито-перлитной структурой к термически улучшенным и далее к фасонному упрочненному в потоке стана прокату и, наконец, к упрочненным в потоке стана листам из стали типа «ЧС», с пониженным содержанием серы и фосфора (менее 0,025%) и обработанной кальцием, а также алюминием, титаном и ванадием. Полученный ряд подтверждается опытом изготовления и эксплуатации конструкций из данных материалов.

Кажущийся на первый взгляд парадоксальным факт высокой пластичности сталей с неравномерностью свойств по сечению типа конструктивной анизотропии имеет достаточно простое объяснение. Выше отмечалось, что для рассматриваемых сталей характерно наличие значительных остаточных сжимающих напряжений в поверхностных слоях, поэтому при испытаниях на одноосное растяжение фактически имеет место сложное нагружение: одноосное растяжение дополняется сильным поперечным сжатием.

Таким образом, толстые листы из сталей с обычным содержанием вредных примесей, упрочненные в потоке стана, из-за особенностей взаимодействия дисперсной структуры с фазой неметаллических включений могут иметь пониженную пластичность в поперечном направлении (нормально к оси прокатки); для обеспечения высокой пластичности в этом случае следует снижать содержание вредных примесей в стали. У фасонного проката высокая пластичность обеспечивается и при использовании стали обычной чистоты (S < 0,050 % и Р < 0,040 %), в том числе и полуспокойных малоуглеродистых сталей.

В последнее время в машиностроении разрабатывают близкую к описываемой технологию поверхностной закалки деталей быстродвижущимися организованными потоками обычной технической воды.