Научная статья на тему 'Роль кислорода и углерода в разрушении металла'

Роль кислорода и углерода в разрушении металла Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
563
54
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
IN SITU
Ключевые слова
УПРУГИЕ НАПРЯЖЕНИЯ / КИСЛОРОД / УГЛЕРОД / ДИСЛОКАЦИИ / ХИМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ / ПОРЫ / ТРЕЩИНЫ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Данющенков И.А., Рыженков Д.И.

Дислокационные модели хрупкого разрушения не объясняют разрушения металла при очень малых нагрузках (близких к нулю). Также они не объясняют и сверхпластичности. В данной работе уделялось внимание взаимодействию упругих напряжений и примесей внедрения (углерода и кислорода). Обнаружено образование зон с повышенным содержанием углерода и кислорода, благодаря действию полей растягивающих упругих напряжений. При достижении достаточного количества этих компонентов под действием движущихся дислокаций возникает их химическое взаимодействие. Появляются поры с высоким давлением газообразных продуктов взаимодействия. Это давление и разрушает металл.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Роль кислорода и углерода в разрушении металла»

вариантах перестроения структуры системы защиты информации поступает в информационные базы информационных угроз всех остальных элементов ГИС. Это позволяет:

во-первых, увеличить интенсивность обнаружения информационных признаков новых угроз À за счет организации их целенаправленного поиска в информационном пространстве (сокращения пространства поиска);

во-вторых, уменьшить параметры законов распределения случайных величин т2 и г3.

Таким образом, для отражения дестабилизирующего концентрированного воздействия КСЗИ необходимо будет произвести столько циклов Ог — 06 , сколько понадобится для того, чтобы определить к какому виду воздействия относится каждая информационная угроза и есть ли новые угрозы из всей совокупности воздействия.

Список использованной литературы:

1. M.D.Mesarovic, Yasuhiko Takahara. General systems theory: mathematical foundations. Academic press, 1975.

2. Bogatyrev V.A., Bogatyrev A.V. Functional Reliability of a Real-Time Redundant Computational Process in Cluster Architecture Systems // Automatic Control and Computer Sciences - 2015, Vol. 49, No. 1, pp. 46-56

3. Stephan C.1, Kohl M.1, Turewicz M.1, Podwojski K.1, Meyer H.E.1, Eisenacher M.1, PROTEOMICS // using laboratory information management systems as central part of a proteomics data workflow. 2010. V. 10. N 6. P. 1230-1249.

4. Bowden D. INTERNATIONAL JOURNAL OF INFORMATION MANAGEMENT // Information, systems and information systems: making sense of the field. 1998. V. 18. N 4. P. 287.

5. Федеральная служба по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций «Реестр федеральных государственных информационных систем».

6. Галкова Е.А., Левкин И.М. Модель динамической среды информационных угроз кредитно-финансового учреждения // Науковедение. 2016. Выпуск 6 (25).

7. Александров А. Г. Оптимальные и адаптивные системы: Учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматика и упр. в техн. системах». М.: Высш. шк, 1989. — 263 с.

8. В.Г. Срагович «Теория адаптивных систем», 1976. - 320 с.

© Володина А.А., 2016

Данющенков И.А., Рыженков Д.И.

РОЛЬ КИСЛОРОДА И УГЛЕРОДА В РАЗРУШЕНИИ МЕТАЛЛА

Аннотация

Дислокационные модели хрупкого разрушения не объясняют разрушения металла при очень малых нагрузках (близких к нулю). Также они не объясняют и сверхпластичности. В данной работе уделялось внимание взаимодействию упругих напряжений и примесей внедрения (углерода и кислорода). Обнаружено образование зон с повышенным содержанием углерода и кислорода, благодаря действию полей растягивающих упругих напряжений. При достижении достаточного количества этих компонентов под действием движущихся дислокаций возникает их химическое взаимодействие. Появляются поры с высоким давлением газообразных продуктов взаимодействия. Это давление и разрушает металл.

Ключевые слова:

упругие напряжения, кислород, углерод, дислокации, химическое взаимодействие, поры, трещины

При действии упругих напряжений на металл (ползучесть, усталость, достаточно часто и разрыв) происходит его разрушение. При испытании на разрыв иногда разрушение наступает при очень низких нагрузках: от 1-2 кг/мм2, что меньше модуля сдвига в 106 раз. В то же время, когда в металле образуются

_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №4/2016 ISSN 2411-7161_

трещины, хотя у их вершин напряжение достигает величины более предела текучести в 2-3 раза разрушения не происходит [1, с. 117]. Это кажущееся противоречие лишний раз подтверждает, что разрушение металлов представляет сложный процесс, истинная природа которого недостаточно изучена [1 с. 108, 2 с. 36]. В настоящее время для объяснения разрушения металлов используются так называемые дислокационные модели разрушения, в которых утверждается, что разрушение происходит за счет объединения микропустот дислокаций, под действием напряжений у головной дислокации, встретившей на пути своего движения то или иное препятствие. А так как препятствий много, то и количество дислокационных моделей также велико (более 4) [1]. При этом полагают, что в металле создается высокая плотность дислокаций и возникает высокая степень физической неравновесности системы металл — дефекты кристаллического строения (в основном, дислокации), и дальнейшее увеличение этой неравновесности приводит к разрушению. Однако, разрушение происходит и при малой плотности дислокации и при очень низком упругом напряжении (близких к нулю). Предельная плотность дислокаций в железе равна 1011 дислокации на 1 см2 [2, с. 35]. Такое количество дислокаций вызывает опасные упругие напряжения в металле всего лишь в 0,7% объема металла при условии, что одно ядро дислокации вызывает растягивающие упругие напряжения в ста ячейках вокруг него, и именно они определяют степень неравновесности [3, с. 23]. Дальнейшая деформация железа не приводит к повышению плотности дислокаций. Это постоянство поддерживается за счет аннигиляции дислокаций, слияния их при движении в плоскостях скольжения под углом более 90° и образования субграниц в результате выстраивания дислокаций в блоки. Поэтому вероятность возникновения очень опасного неравновесного физического состояния металла при его деформации очень мала. При торможении движения дислокации у того или иного препятствия возрастающие напряжения вызывают переход ее в другую плоскость скольжения или огибание препятствия. Иногда происходит даже пластическая деформация карбидной фазы с ее частичной диссоциацией, вызывая при этом повышение концентрации углерода в решетке металла [4].

Примеси внедрения заметно влияют на хрупкость многих металлов. Кислород особенно сильно охрупчивает железо [3, с 449] и молибден [5]. Для выяснения механизма влияния кислорода необходимо рассмотреть поведение его и углерода в упругих полях напряжения.

Атом углерода, растворяясь в железе, приводит к увеличению кристаллической решетки в одном направлении, возникает так называемая тетрагональность кубической решетки кристалла. Этот процесс обратим, т.е. если действие упругих напряжений от внешней нагрузки выше некоторой (критической) величины, то в металле растворяются примеси внедрения, снижая тем самым упругую энергию, приближая систему металл — упругие напряжения к равновесию. За критическое упругое напряжение можно принять предел усталости, который для разных металлов колеблется от 0,2 до 0,3 от, или то минимальное напряжение при ползучести, которое вызывает скачкообразное увеличение длины образца при его нагружении. Критическое упругое напряжение — это то напряжение выше которого усталость и ползучесть наблюдаются, а ниже его оба эти явления отсутствуют, и процесс разрушения металла не происходит [1, 2]. Даже наоборот действие знакопеременных нагрузок ниже этой критической нагрузки приводит к увеличению долговечности (эффект «тренировки») [1, с. 186].

При действии напряжений выше критического значения происходит растворение и накопление примесей внедрения (углерода и кислорода), при этом физическая неравновесность снижается, а химическая растет. Следует отметить, что сами атомы углерода и кислорода в металле будут способствовать увеличению напряженности, так как критическое значение напряжения в этом месте возникает раньше из-за тетрогональности, которую вызывают примеси. Этот физический фактор (увеличение напряжений вокруг примесей внедрения) будет приводить к неравномерному локальному насыщению металла примесями внедрения. Не имеет значения каким образом возникают упругие напряжения: дальнодействующими напряжениями за счет трения металла об валки во время прокатки или упругими напряжениями вокруг дислокаций. Безусловно растягивающие напряжения дислокаций будут способствовать большему локальному насыщению металлу примесями внедрения, во-первых, потому, что их максимальная величина больше (0,7 от на первой атомной плоскости ниже ядра дислокации), чем растягивающее напряжение за счет трения об валки (0,4 от), во-вторых, уплотнение дислокаций около препятствий приведет к увеличению

упругих напряжений на третьей плоскости атомов, по крайней мере выше 0,2 от за счет влияния полей напряжения от соседних близкорасположенных дислокаций [2]. Благодаря этим добавочным напряжениям, а также возникающим напряжениям при растворении примесей внедрения возможно достижение критического растягивающего напряжения на третьей, четвертой, а может быть и на пятой плоскости ниже ядра дислокации. По-видимому, в этом случае их содержание достигает максимального значения: из литературных источников [6] количество атомов внедрения на один период решетки вдоль дислокации может достигать не менее 40 атомов. В настоящее время трудно более точно определить локальное увеличение примесей внедрения в районе растягивающих напряжений дислокаций, но все равно, это обогащение примесями будет локальное, а так как плотность дислокаций (даже максимальная 1011 на см2) невелика, то и суммарное увеличение примесей внедрения в общем объеме металла должно быть небольшим. Однако, дальнодействующие напряжения (трение об валки) вызывают напряжение хоть и меньшие (0,4 от), но они распространяются по всему объему поверхности металла, а они намного выше критического напряжения. С помощью послойного растворения металла обычными методами анализа удалось определить содержание кислорода по толщине листа. В слитке низколегированного молибдена содержится кислорода 0,003 %мас. На поверхности листа оно увеличивается за счет перемещения из объема и за счет насыщения из воздуха до 0,1 %мас, а в средних слоях листа, при условии больших обжатий за один проход, содержание кислорода снижается до 0,0001 %мас, так как там действуют сжимающие напряжения. Большая разница содержания кислорода является прямым доказательством насыщения металла при действии растягивающих напряжений и очистке его при сжимающих. Большое насыщение небольшого объема металла (более 40 атомов на один период решетки [6]) не может происходить без увеличения объема. Следствием этого является возникновение напряжений и образование полос скольжения в этом месте. Такое явление наблюдал Вуд при изучении усталости [3, с. 452]. По его мнению именно образование полос скольжения приводит к образованию микротрещины. Следовательно, сам процесс насыщения металла примесями внедрения в большом количестве приводит к началу деформации в отдельных зонах при упругом состоянии остальной части металла. Вероятно, таким образом создаются «экструзии-интрузии» — будущие зоны разрушения. Даже образуются лепестки металла над его поверхностью толщиной несколько сот ангстрем, а высотой и шириной несколько микрон [1, с. 179]. Процесс поглощения примесей внедрения во времени будет носить автокаталитически характер, чем больше поглотится примесей, тем быстрее этот процесс будет происходить далее, так как внешние напряжения суммируются с напряжениями от примесей внедрения.

Насыщение металла кислородом из воздуха косвенно подтверждено также авторами работы [7], когда при испытании меди на усталость в вакууме долговечность ее возросла в 20 раз. Авторы сделали правильный вывод: это возрастание стало возможным благодаря увеличению срока появления зародышевой трещины. После накопления необходимого количества примесей внедрения, а также достаточного количества дефектов кристаллического строения: дислокаций и вакансий в присутствии движущихся дислокации начинается химическое взаимодействие кислорода с карбидными фазами и углеродом. Продуктами химического взаимодействия являются газообразные СО и СО2, выделяющиеся во время образования поры. Вероятно, доля СО2 будет очень мала. Вследствие высоких температур выделяющихся газов удается наблюдать полигонизацию, а иногда и частичную рекристаллизацию металла прилегающего к трещине [1, с. 171].

Газообразные продукты химического взаимодействия находятся в порах при очень высоком давлении,

п 2а п

которое определяется следующим соотношением: И =~, где г — давление внутри поры, а — поверхностное натяжение и г — радиус поры [3, стр. 454]. При условии, что радиус поры равен одному межатомному расстоянию, а именно так зарождаются поры при ползучести [3, с. 353], давление в поре молибдена и железа соответственно равно 128 000 и 100 000 атмосфер. Такое давление внутри поры создает напряжение в металле более чем в десять раз превышающее напряжения от внешней нагрузки (нагрузки при различных механических испытаниях или рабочие нагрузки в изделии). Безусловно такое давление вызовет деформацию металла: увеличение диаметра поры, что приведет к некоторому снижению давления и одновременно к увеличению сопротивления металла деформированию из-за быстрого действия возникших сил, и в этом случае стенки поры разрываются и образуется трещина. Такой процесс наблюдали японские

_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №4/2016 ISSN 2411-7161_

исследователи при изучении с помощью электронной микроскопии на последних стадиях усталости стали: сначала появилась пора, а затем от нее образовалась трещина [8]. Возникающая за счет взаимодействия углерода с кислородом сила хоть и велика, но слишком кратковременна, после образования трещины она и вовсе исчезает. Не случайно Бриджмен при изучении разрушения малоуглеродистого железа «чашечкой» пришел к выводу: возникающее большое давление в центре образца при приближении к поверхности равно нулю [9]. Кроме того, образующиеся газы имеют очень высокую температуру, что должно приводить к «заварке» поры и трещины. Исчезновение этой силы и большое тепловыделение во время образования трещины будут тормозить развитие разрушение. Из практики испытания образцов на разрыв и усталость отмечается начало развития трещины, но потом она останавливается (вершина трещины скругляется) [1]. В работе [10], которую можно рассматривать как развитие и дополнение к работе [8], так как она проводилась также на низкоуглеродистом железе и в этом случае также разрушение происходило «чашечкой», было

обнаружено образование большого количества трещин в очень малом диапазоне температур (-180°--

100°C). Максимальное количество трещин наблюдается в районе -150°. При температурах ниже -180°C они исчезают, так как при более низких температурах зародышевая трещина резко превращается в транскристаллитную (этому способствуют увеличивающиеся напряжения, а тепла, выделяемого от разрушения, не хватает «залечивать» трещину). Кроме этого понижение температуры ниже -180°C приводит к увеличению атомов углерода и кислорода вступающих во взаимодействие, так как их растворимость снижается, что делает этот процесс более активным. При температурах выше -150° до -100° количество трещин уменьшается и при температурах выше -100° их нет. Однако, они наблюдаются при температурах выше температуры хрупкого перехода (Td). Следовательно, появление трещин происходит раньше чем возникает резкое снижение напряжения, при котором наблюдается значительное снижение пластичности. Это позволяет сделать предположение, что трещины начинают образовываться еще при температурах снижения волокнистости излома (примерно 0°C). Вероятно, в диапазоне температур -100°-0°C тепла, выделяемого от процесса окисления углерода, достаточно для их «залечивания». Авторы данной статьи считают, что ниже температур перехода от вязкого разрушения к хрупкому Td разрушающее напряжение резко снижается. Так, например, при -180°C есть образцы, которые разрушились при достижении напряжения около 45 кг/мм2, что ниже предела прочности при комнатной температуре примерно на 19 кг/мм2. То есть с понижением температуры прочность снижается. При 45 кг/мм2 металл должен разрушиться примерно при 450°C. Получается при 450°C и -150°C прочность одинакова. Это противоречит законам физики. Просто ниже температуры хрупкости разрушение начинается раньше, чем достигается разрушающее напряжение, а происходит это потому, что разрушает металл не только внешняя нагрузка, но вместе с внутренней, возникающей в результате взаимодействия углерода с кислородом. Причем доля внутренней силы, как правило, бывает больше приложенной. Участие внешней нагрузки в разрушении очень мало: она отделяет друг от друга две поверхности образовавшиеся в результате действия внутренней

нагрузки. Благодаря выделяемому теплу в диапазоне температур -180 --150°C наблюдается еще заметная

пластичность (5-10%). Начало химического взаимодействия кислорода с углеродом и появление большого давления внутри металла не приводит к быстрому разрушению. Для развития разрушения металла необходимо активное взаимодействие кислорода с углеродом, обеспечивающее большое количество пор и исходящих от них трещин, и лишь тогда действующая внешняя сила (чаще меньше чем о-г) разделяет единое целое на части. Вот почему иногда металл около трещины имеет множество мелких трещин, перпендикулярно расположенных основной трещине [2, с. 353, 3, с. 452]. Они не получили своего развития из-за невыгодного напрявления действия внешней нагрузки. Но такое возможно только при достаточно высоком содержании кислорода. Хрупкое разрушение может происходить даже при высоких температурах, если в металле много кислорода. Так, например, молибден при содержании кислорода выше 0,01 %мас хрупок вплоть до температур плавления (горячие трещины при сварке), а при испытаниях на разрыв при комнатной температуре образцы разрушаются при достижении нагрузки равной 1 кг/мм2. Это не означает, что разрушающее напряжение равно 1 кг/мм2, это означает лишь, что возникающие упругие напряжения приводят в действие вторую внутреннюю разрушающую силу, которая в данном случае более чем в 50 раз больше приложенной внешней нагрузке. Таким образом, доказательством взаимодействия кислорода с

_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №4/2016 ISSN 2411-7161_

карбидными фазами и углеродом в твердом металле служит снижение содержания углерода [11], появление высокого гидростатического давления в металле («чашечное» разрушение железа) [9], полигонизация и частичная рекристаллизация металла непосредственно примыкающего к трещине [1], вынос частично окисленных карбидных фаз из металла во время термообработок [11], большое газовыделение при отжиге металла выше температур рекристаллизации [11], разрушение металла ниже ог в том числе усталостное разрушение и разрушение при ползучести [13], появление микротрещин, перпендикулярных магистральной трещине [2]; отсутствие отпускной обратимой хрупкости на сплавах железо-углерод при высокой чистоте металла по примесям внедрения [15], выделение CO и CO2 и одновременное снижение содержания углерода и кислорода в молибдене при прокатке в вакууме [17].

Взаимодействие кислорода с карбидными фазами происходит в первую очередь, так как термодинамическое сродство его к карбидным фазам выше чем к углероду. Неоспоримы также кинетические преимущества раскисления металла карбидными фазами, так как их присутствие (наличие границ карбид-матрицы) облегчает зарождение газового пузыря. Таким образом, присутствие мелкодисперсных равномерно расположенных карбидов, а это гарантирует термомеханическая обработка металла, будет поддерживать содержание кислорода на таком уровне, когда взаимодействие кислорода с углеродом становится незначительным. Не случайно чугуны при содержании углерода от 2 до 5 %мас относятся к сверхпластичным металлам [14]. После значительного окисления мелкодисперсных фаз, а они окисляются в первую очередь в силу малой своей величины, появляются области металла, где происходит накопление кислорода. И в конечном итоге начинается взаимодействие кислорода с углеродом, оно происходит более бурно, чем окисление карбидных фаз, так как кислорода накопилось большое количество во многих местах металла.

Поры образуются при всех видах нагружения металла: при растяжении, ползучести и усталости [1]. Это также свидетельствует об общих причинах разрушения. Образующиеся поры в твердом металле всегда имеют высокое давление газа внутри их. Появление пор в структуре металла является первым признаком его низкого качества, так, возникновение пор в сварном соединении (литой металл, зона термического влияния) является браковочным признаком: такое соединение имеет малую пластичность, и разрушение наступает при малых нагрузках [16].

Из всего вышеизложенного следует, что для разрушения металла достаточно действия упругих напряжений, способных вызвать поглощение кислорода из внешней среды, создать в объеме металла зоны обогащенные кислородом и углеродом и инициировать их взаимодействие. Все эти процессы протекают благодаря присутствию и движению дислокаций. Поэтому их роль в разрушении первостепенна. Это реально протекающие процессы в твердом металле. Разрушение металла происходит под действием двух сил:

-^разрушающая ^внешняя + ^внутреняя,

^внешняя может быть меньше предела текучести, т.е. она может вызвать только упругие напряжения (как например при усталости).

^внутренняя намного больше, чем внешняя нагрузка (более чем в 10 раз) [3, c 454], но эта сила очень кратковременна и локальна, она становится разрушающей силой лишь в том случае, если процесс взаимодействия кислорода с углеродом происходит интенсивно, постоянно поддерживая действие этой силы на уровне, способном разрушить металл. Бриджмену [9] удалось разделить во времени действия этих сил: при испытании на разрыв он поместил образцы в воздушную среду с повышенным давлением, что привело к увеличению сопротивления металла образованию поры, так как теперь она при своем зарождении должна была преодолеть не только действие поверхностного натяжения, но и действие давления внешнего газа. При этом образцы стали разрушаться не «чашечкой» с достижением разрушающего напряжения выше предела текучести, и при этом пластическая деформация увеличилась выше 500% (иногда выше 1 000%), т.е. металл стал разрушаться как сверхпластичный. Это подтверждает решающую роль внутренней силы в разрушении металла. Внешняя сила вызывает упругую или пластическую деформацию металла и лишь подготавливает его к разрушению. Потребовалась очень большая дополнительная деформация для дальнейшего накопления кислорода, дефектов кристаллического строения, чтобы возникла новая внутренняя сила, разрушающая металл. Без действия этой силы разрушение не происходит. Можно утверждать, что разрушение металлов зависит от скорости возникновения внутренней силы, а скорость ее возникновения зависит от величины

содержания кислорода. Взаимодействие кислорода с углеродом и карбидными фазами происходит при значительном тепловыделении, порообразовании, возникновении внутреннего гидростатического давления и появлении трещин. Все этот сказывается на механических свойствах металла (пластичность, прочность, долговечность, ползучесть). Эти процессы (сопровождающие реакцию [С] + [О] = СО) объясняют микротекучесть, образование дислокационной структуры типа «леса» дислокаций, звуковую эмиссию.

Теоретическая прочность металлов равна 1011 дин/см2 (103 кг/мм2) [3, с. 455], а его разрушение происходит при напряжениях на один или два порядка ниже. Это противоречие легко устраняется, если иметь в виду возникновение внутренней силы, величина которой соизмерима с величиной теоретической прочности. Таким образом, из всех вышерассмотренных физических и химических процессов можно представить следующий механизм разрушения металлов:

1. Увеличение упругих напряжений до критического уровня, которое вызывает растворение углерода и кислорода в металле. Как правило, величина этого напряжения равна пределу усталости или минимальному напряжению, вызывающему ползучесть.

2. Размножение дислокаций и образование их скоплений.

3. Обогащение дислокационных скоплений и объемов металла кислородом и углеродом, где растягивающие напряжения выше предела усталости.

4. При накоплении необходимого количества углерода и кислорода начинается их взаимодействие.

5. Образование пор с газообразными продуктами взаимодействия (СО и СО2), находящихся под высоким давлением.

6. Усиление процесса взаимодействия углерода с кислородом и образования зародышевых трещин, перерастающих в транскристаллитные.

Все перечисленные звенья разрушения металлов подтверждены на практике.

Представленный механизм разрушения металлов позволяет понять сложный процесс разрушения при всех видах его проявления. Он разработан на основании реально протекающих процессов в ОЦК-металлах [13], но его можно перенести и на металлы с другим кристаллографическим строением, так как механизм деформации и возникновения упругих напряжений для всех металлов примерно одинаков и всегда образуются зоны с обогащенным содержанием углерода и кислорода со всеми вытекающими из этого последствиями.

Влияние процесса взаимодействия углерода с кислородом на механические свойства и разрушение зависит от интенсивности этого химического процесса. Так, например, при прокатке металла с малыми

обжатиями < 0,62, см [13]) в середине заготовки образуются растягивающие напряжения и как следствие

этого возникает большое насыщение метала углеродом и кислородом. При выходе из очага деформации металл разрушается на две половины, так как процесс взаимодействия кислорода с углеродом происходит непрерывно, при этом возникает большая сила, способная разрушить его. В этом случае механического воздействия по толщине листа от внешней силы нет. Наоборот, валки сжимают лист, а возникающая сила от химического процесса разрушает его. Эти разрушения противоречат всем представлениям о разрушении на сегодняшний день. Прокатчики даже утверждают, что это не разрушение, а «разрыхление» сердцевины заготовки. С этим термином можно было бы согласиться имея в виду, что «разрыхление» металла всегда происходит при любом виде нагружениея: всегда образуются поры с большим давлением внутри их, которое приводит к разружению. Это яркий пример того, что внутренняя сила (давление) настолько велика, что самостоятельно может разрушить металл без участия внешних сил, при условии непрерывного взаимодействия углерода с кислородом. Измерение разрушающей силы (^внутренняя) представляет большие трудности, но в этом и нет необходимости. Данный механизм нужен для понимания процесса разрушения и не надо проводить расчеты конструкции по новым характеристикам металла. Он позволяет избежать разрушения металла при нагрузках ниже предела усталости. Снижение содержания кислорода позволит более надежно и более длительно эксплуатировать конструкции и изделия, а содержание кислорода может служить мерой этой надежности.

_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №4/2016 ISSN 2411-7161_

Выводы

1. Разрушение металлов — сложный многоступенчатый процесс, состоящий из нескольких физических и химических звеньев, одновременно или последовательно протекающих в металле в зависимости от содержания кислорода.

2. Разрушение наступает под действием двух сил: первая сила — сила, действующая извне (рабочие нагрузки или нагрузки при тех или иных испытаниях) разрушения не производит, а лишь подготавливает его, создавая зоны с повышенным содержанием углерода и кислорода; вторая сила — внутренняя — возникает в результате окисления углерода и карбидов. Эта сила значительно превосходит внешнюю. Она и является разрушающей силой.

3. Затормозить, а в ряде случаев предотвратить разрушение, можно снижением содержания кислорода в металле, увеличив срок накопления его упругими напряжениями или подавив возможность поглощения кислорода.

4. Получение глубоко раскисленного металла позволит изготавливать менее металлоемкие изделия, способные работать более долгое время, что приведет к сокращению производства металла, тем самым уменьшив загрязнение окружающей среды.

Список использованной литературы

1. Екобори Т. физика и механика разрушения и прочности твердых тел. Москва, Металлургия, 1971, 264 с.

2. Маклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. Москва. «Мир». 1970. 443 с.

3. Физическое металловедение под ред. Кана Р. Вып. 3, 484 с.

4. Gleiter H. Ausscheidun Hartung durch Diffusion Spanundfeld einer Versetzung. Acta met. 1968, 16, no 6, 857862

5. Olds L.E., Rengstoff G.V.R. Effect of Oxygen, Nitrogen and Carbon the Ductility of Cast Molybdenum J. Metalls. Feb. 1956. v. N 9. P 150

6. Фридель Ж. Дислокации. Москва, «Мир» 1967. 642 с.

7. Яковенко Л.Ф. Гринберг Н.М. Роль окружающей среды низкотемпературных усталостных испытаний. Физико-химическая механика материалов. Киев. 1977. 13 № 12, 14-26.

8. Aihara Tadoshi, Ichii Tomguki, Мен дайчокю киё Рикасаки Ren Bul Meizei Univ. Phis. Sei and Eng. 1977 № 10. 25-45

9. Bridgman P.W. Studies in Large Plastic Flow on Fracture. Mc Graw-Hill, New York. 1952

10.Hahn G.T., Averbach B.L., Oven W.S., Cohen M. Initiation of Cleavage Microcracks in Polycrystalline Iron and Steel, в книге Fracture Averbach et al (eds), MitPress Cambridge, Mass and Wiley, New York, 1959, 91-116

11.Данющенков И.А. Влияние процесса взаимодействия кислорода с углеродом на хрупкое разрушение низколегированных молибденовых сплавов. Известия высших учебных заведений, черная металлургия. Москва. МИСИС. 2003. № 5. С. 45-47

12.Данющенков И.А., Лизунов В.В., Минаков В.И., Трефилов В.И. Влияние термомеханической обработки на структуру и склонность к расслоению листов сплавов молибдена. Проблемы прочности. Киев. 1976, № 9. С. 87-93

13.Данющенков И.А. Физико-химическая природа разрушения ОЦК-металлов. IN SITU. Москва. Ceteris Paribus. 2015 № 1. с. 13-17

14.Смирнов О.М. Особенности сверхпластической деформации железо-углеродистых сплавов. Известия высших учебных заведений, черна металлургия. Москва. МИСИС. 2003 № 5. С. 36-41

15.Stein D.F. Обратимая отпускная хрупкость. Annu. Rev. Mater sci. Volume 7. Palo Alto Culif. 1977. 123-153

16.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Москва. Машиностроение. 2006. Том 3. с. 4950

17.Крупин А.В.Прокатка металла в вакууме. Москва. Металлургиздат. 1974. 245 с.

© Данющенков И.А., Рыженков Д.И., 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.