Жаропрочность, испытания на ползучесть и термическую усталость
Жаропрочностью именуется свойство материала сопротивляться пластической деформации и разрушению при больших температурах. Поведение материала при этих температурах имеет значительные изюминки, которые связаны с явлением ползучести, воображающим собой свойство металла непрерывно пластически деформироваться под действием длительно приложенных постоянных напряжений.
Для оценки особенностей материала при больших температурах используют характеристики, приобретаемые в следствии опробований на ползучесть. К таким чертям относятся предел и предел ползучести долгой прочности.
Пределом ползучести именуется постоянное напряжение, которое в течение заданного времени вызывает определенную, заблаговременно заданную деформацию примера либо подробности.
Опробования на ползучесть проводятся на особых маши-V снабжающих поддержание с достаточной точностью по-Н оянного напряжения и заданной постоянной температуры об-сГ’па В течение всего опробования.
Р Автомобили для опробования на ползучесть имеют захваты, поз-роляюшие приложить к примеру осевые растягивающие упрочнения, устройства для замера деформаций и печь для поддержания заданной температуры. Испытуемый пример 1 (рис.
85) резьбовыми головками ввинчен в захваты 2 и помещен в трубчатую электрическую печь 3, снабженную обмоткой из трех независимо регулируемых секций. Такая схема обмотки удобна для трансформации силы тока при поддержании постоянной температуры по всей рабочей длине примера. В плотном контакте с рабочей частью примера помещены тёплые спаи нескольких термопар 4, а к верхней и нижней головкам его присоединены шины 5, относительное перемещение которых по мере трансформации длины примера при опробовании передается индикаторам 6.
При опробовании на ползучесть направляться иметь в виду, что пример под нагрузкой не должен испытывать сотрясений либо вибраций. Он должен быть шепетильно отцентрирован, поскольку перекосы его под нагрузкой совсем недопустимы.
Температура примера проверяется минимум в двух точках. В течение всего опробования колебания ее не должны быть больше +3° при 800°, +4° при 800—1000° и ±6° более чем 1000°.
По окончании опробования на ползучесть пример медлено разгружается до величины предварительной нагрузки. По итогам опробований строят кривые ползучести. Обычная кривая ползучести (рис.
86,а), выстроенная в координатах «деформация—время», подразделяется на четыре главных участка. Участок оа соответствует начальному удлинению примера при его нагружении и отражает по существу упругую деформацию, появляющуюся под действием постоянного напряжения.
Участок аб соответствует периоду неустановившейся ползучести, развивающейся с замедлением во времени. Участок бв характеризует установившийся процесс ползучести.
в течении всего этого участка прирост деформации пропорционален времени опробования, причем деформация распределяется равномерно по всей рабочей длине примера. Участок вг соответствует ускоренному формированию ползучести материала.
Наряду с этим отмечается локализация деформации в одном месте по длине примера, сопровождающаяся образованием шейки, приводящим к повышению и такому уменьшению сечения подлинных напряжений, при которых происходит разрушение материала. Точка г, являющаяся конечной на кривой, характеризует длительность испытания и величину деформации, при которых происходит разрушение.
Рис. 1. Схема автомобили для опробования на длительную прочность и ползучесть
Рис. 2. Кривые ползучести: а — обычная; б — семейство кривых при разных напряжениях
Для определения предела ползучести какого-либо сплава выполняют пара опробований его при различных напряжениях, но при постоянной температуре.
Предел долгой прочности возможно выяснен по итогам тех же опробований на ползучесть. Для этого употребляются конечные точки кривых, характеризующие разрушение примера.
Так, к примеру, предел долгой прочности равен напряжению о5, а °з«5 = зв. По величинам и абсциссам напряжений конечных точек семейства кривых ползучести строится график долгой прочности, по которому возможно выяснить величину предела долгой прочности для любого промежуточного времени опробования.
Во многих случаях опробования на ползучесть, доводимые до раз-тения примера, осуществляются упрощенно, без измерения ^формации и именуются опробованиями на долгую прочность. Наряду с этим фиксируется лишь время до разрушения примера под действием данного напряжения.
В следствии таких опробований строятся графики долгой прочности. Будучи выстроенными в логарифмических координатах, они имеют вид прямых линий.
Рис. 2. Графики долгой прочности в координатах: а — простых; б — логарифмических
По итогам опробований на долгую прочность, совершённым при нескольких температурах, смогут быть выстроены графики зависимости разрушающих напряжений от температуры при каждой данной длительности опробования. Примеры таких графиков приведены на рис.
88.
При эксплуатации довольно часто отмечается разрушение деталей и узлов в следствии попеременных охлаждений и нагревов, либо то.к именуемых теплосмен. Такое разрушение взяло назва-н“е термической усталости.
Оно проявляется кроме того при отсутствии внешних нагрузок и вызывается термическими напряжениями, появляющимися в следствии неравномерного нагрева либо охлаждения подробности. Наряду с этим отмечается неоднородное термическое расширение либо сжатие отдельных участков подробности и появляется силовое сотрудничество последних, сопровождающееся развитием больших напряжений.
В следствии многократного повторения этих напряжений происходит разрушение материала, напоминающее собой усталостное разрушение.
Свойство материала сопротивляться теплосменам определяется при помощи опробований на термическую усталость. Эти опробования проводятся по разным методикам, в большинстве случаев, воспроизводящим условия работы материала в конструкции.
Режим таких опробований определяется размерами и формой примера, и характером термического цикла, т. е. его большой и минимальной температурой, скоростью охлаждения и скоростью нагрева.
Стандартные установки и методика для опробования на термическую усталость до тех пор пока еще не существуют.
Все имеющиеся способы опробований на термическую усталость по виду исследуемых полуфабрикатов смогут быть подразделены на две группы. К первой группе относятся методы, предназначенные для опробования на стойкость к теплосменам листовых материалов, а ко второй — способы опробований разных прутков и поковок.
Циклический нагрев этих образцов может проводиться разными способами: токами высокой частоты, при помощи газовой горелки и т. д. Для ускорения опробований на примере смогут быть созданы концентраторы напряжений в виде отверстий либо надрезов.
В ходе опробований охлаждению и попеременному нагреву подвергается маленькой участок примера между отверстиями, надрезами либо в середине прямоугольника. Территории нагрева обведены на эскизах образцов пунктирными линиями.
охлаждения и Нагревы проводятся по заданному термическому циклу, к примеру 200—800—200°.
Рис. 3. Зависимость предела длительности прочности от температуры опробования стали ЭИ388 (а) и никелевого сплава ЭИ617 (б)
Контроль температуры осуществляется при помощи оптиче-кого либо фотоэлектрического пирометра. Охлаждение образцов С ожет проводиться при помощи обдувания струей сжатого воздуха либо для ускорения процесса — струей воды.
Наблюдение за поведением материала в ходе опробования ведется при помощи микроскопа с маленьким повышением.
Рис. 4. Эскизы образцов для опробования на термическую усталость: а — изогнутый с отверстиями; б — плоский; в — клиновидный; г — цилиндрический
Процесс опробований заканчивается при появлении первой светло различимой трещины. Мерой стойкости материала против термической усталости есть охлаждения циклов и число нагрева до появления данной трещины, и протяженность трещины.
При опробовании на термостойкость прутковых поковок и материалов кроме этого употребляются образцы разной формы (рис. 4 , г).
Методика опробования этих образцов имеет большое количество неспециализированного с той, которая используется при изучении листовых материалов.
Нужно подчернуть, что ввиду разнообразия условий опытов опробования на термическую усталость являются пока только сравнительными и используются только для ориентировочной оценки качества материалов. Вместе с тем они все больше входят в практику и становятся очень ответственным средством проверки эксплуатационной надежности жаропрочных сплавов.
