Хрупкое разрушение стальных конструкций

Возникновение хрупких разрушений в элементах металлоконструкций обусловлено воздействием технологических, конструктивных и эксплуатационных факторов. 

Можно выделить ряд причин хрупкого разрушения сталей:

- влияние низких температур и повышенных скоростей нагружения, способствующих переходу материала от вязкого состояния к хрупкому;

- наличие дефектов в конструкции, таких как микротрещины, внутренние напряжения, усталость металла;

- низкая ударная вязкость материала, то есть недостаточная способность стали поглощать энергию удара без образования трещин.

Часто к хрупкому разрушению сталей приводит сразу ряд факторов. Например, если в металлоконструкции имеется технологический брак, то данный дефект связан с образованием объемной системы напряжений, которая снижает прочность стали. Еще более существенным фактором снижения пластичных свойств будет дефект в сварном соединении из-за температурного воздействия и наличия сварочных напряжений.

Напряженное состояние металлоконструкции и ее температура в процессе эксплуатации также влияют на возникновение хрупкого разрушения. Динамические нагрузки вызывают резкий рост напряжений, замедляющих развитие пластических деформаций, что может вызвать образование трещин. Понижение температуры ниже температурного предела приводит к переходу стали в хрупкое состояние, а ударная вязкость достигает критической величины.          

К механизмам хрупкого разрушения можно отнести распространение трещин и эффекты концентрации напряжений. После появления микротрещин они начинают быстро распространяться, приводя к полному разрушению конструкции. А эффект концентрации напряжений заключается в наличии в деталях острых углов, вырезов и других геометрических особенностей, которые могут усиливать локальные напряжения, способствуя началу разрушения. Поэтому при проектировании конструкции стараются избегать образования на поверхности металла резких переходов и большой концентрации сварных швов. 

Если причиной аварии является хрупкое разрушение стали, то проводят исследования образцов материала. Эти исследования направлены на изучение характера излома, химического состава, механических свойств с определением ударной вязкости материала при различных температурах.

Для предотвращения хрупкого разрушения рекомендуется:

- применять стали с высокой ударной вязкостью, с требуемой сопротивляемостью хрупкому разрушению;

- применять материалы малой толщины;

- избегать ударных нагрузок и повреждений поверхности металла;

- систематически проводить проверки конструкций на наличие дефектов и трещин.