При какой температуре металл становится хрупким

[locolizator]

Температура, при которой металл становится хрупким, не является фиксированной. Этот переход происходит в определенном температурном интервале, который называется порогом хладноломкости. Для каждого металла или сплава этот порог индивидуален и зависит от его химического состава, структуры и условий эксплуатации.

Что такое порог хладноломкости?

Это условный температурный интервал, в котором характер разрушения металла меняется с вязкого (пластичного) на хрупкий.

• Вязкое разрушение: происходит при высоких температурах, металл перед разрушением заметно деформируется.
• Хрупкое разрушение: происходит при низких температурах, разрушение наступает внезапно, без заметной пластической деформации.

За порог хладноломкости часто принимают температуру T50 - при которой в изломе образца содержится 50% вязкой и 50% хрупкой составляющей.

От чего зависит температура перехода?

Температура перехода в хрупкое состояние может варьироваться в широчайших пределах: от нескольких сотен градусов выше нуля до температур, близких к абсолютному нулю. Это зависит от нескольких ключевых факторов:

1. Кристаллическая решетка металла:

• ОЦК-металлы (объемно-центрированная кубическая решетка): (α-железо, хром, вольфрам, молибден). Наиболее склонны к хладноломкости. Их температура перехода может быть как высокой (сотни °C для вольфрама), так и низкой (около 4 К (-269 °C) для очищенного тантала).
• ГЦК-металлы (гранецентрированная кубическая решетка): (алюминий, медь, никель, золото, платина). Сохраняют пластичность вплоть до очень низких температур и практически не склонны к хладноломкости.
• ГПУ-металлы (гексагональная плотноупакованная решетка): (титан, цирконий). Их пластичность ограничена уже при комнатной температуре.

2. Химический состав стали:

• Углерод ( C ): Повышает температуру порога хладноломкости. Каждые 0,1% углерода в стали повышают этот порог в среднем на 20°C. Например, при 0,4% C порог хладноломкости может быть около 0 °C, а при большей концентрации - достигать 20 °C.
• Фосфор (P): Является вредной примесью, сильно повышающей склонность к хладноломкости. Повышение содержания фосфора на 0,01% увеличивает порог хладноломкости на 25°C.

3. Прочие факторы:

• Толщина проката: С увеличением толщины металла порог хладноломкости смещается в область более высоких температур.
• Наличие концентраторов напряжений: Надрезы, царапины, трещины и другие дефекты повышают риск хрупкого разрушения, особенно при низких температурах.

Другие виды температурной хрупкости

Помимо хладноломкости, существуют и другие виды:

• Синеломкость: Временная потеря пластичности у углеродистых и низколегированных сталей, возникающая в диапазоне температур 200–400 °C.
• Высокотемпературная хрупкость: Охрупчивание, которое может происходить при длительной эксплуатации при температурах 550–850 °C или в интервале 700–1000 °C.

Практическое значение

Понимание порога хладноломкости критически важно в строительстве, машиностроении и при эксплуатации конструкций в холодном климате.

• Выбор материалов: Для арктических условий или зимнего строительства выбирают стали с низким порогом хладноломкости (специальные низкотемпературные или криогенные стали).
• Экспертиза разрушений: Анализ излома разрушившейся детали позволяет определить, произошло ли разрушение из-за хрупкости при низкой температуре.