24.Жаропрочность. Ползучесть. Характеристики жаропрочности. Методы повышения жаропрочности.
Жаропро́чность — способность конструкционных материалов работать под напряжением в условиях повышенных температур без заметной остаточной деформации и разрушения.
Для количественной оценки жаропрочности проводятся механические испытания на ползучесть и длительную прочность из которых определяются такие характеристики как:
предел длительной прочности — наибольшее механическое напряжение, которое выдерживает материал без разрушения при заданных температуре, длительности испытания и рабочей атмосфере;
предел ползучести — напряжение, которое вызывает заданную скорость деформации за некоторое принятое время при данной температуре;
время до разрушения при заданных напряжении, температуре и рабочей атмосфере.
Ползучесть материалов (последействие) — изменение с течением времени деформации твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. Ползучести в той или иной мере подвержены все твёрдые тела — как кристаллические, так иаморфные.
История
Явление ползучести было замечено К. Навье (1826), Г. Кориолисом (1830 г.), но впервые количественно изучено Л. Вика (1834 г.). Систематические исследования ползучести металлов и сплавов, резин, стекол относятся к началу XX века и особенно к 40-м годам, когда в связи с развитием техники столкнулись, например, с ползучестью дисков и лопаток паровых и газовых турбин, реактивных двигателей и ракет, в которых значительный нагрев сочетается с механическими нагрузками. Потребовались конструкционные материалы (жаропрочные сплавы), детали из которых выдерживали бы нагрузки длительное время при повышенных температурах. Долгое время считали, что ползучесть может происходить только при повышенных температурах, однако ползучесть имеет место и при очень низких температурах, так, например, в кадмии заметная ползучесть наблюдается при температуре −269 С°, а у железа — при −169 С°.
[Править]Причины и свойства
Ползучесть материалов экспериментально изучают прежде всего при простых напряженных состояниях: одноосных растяжении, сжатии, а также чистом сдвиге. Условия проведения таких экспериментов определены ГОСТами. Ползучесть при сложных напряженных состояниях изучают обычно на тонкостенных трубчатых образцах.
[Править]Кривая ползучести
Ползучесть описывается так называемой кривой ползучести, которая представляет собой зависимость деформации от времени при постоянных температуре и приложенной нагрузке (или напряжении).
Её условно делят на три участка, или стадии:
АВ — участок неустановившейся (или затухающей) ползучести (стадия I),
BC — участок установившейся ползучести — деформации, идущей с постоянной скоростью (стадия II),
CD — участок ускоренной ползучести (стадия III),
E0 — деформация в момент приложения нагрузки (стадия IV),
точка D — момент разрушения.
[Править]Стадии ползучести
Как общее время до разрушения, так и протяжённость каждой из стадий зависят от температуры и приложенной нагрузки. При температурах, составляющих 40 %-80 % температуры плавления металла (именно эти температуры представляют наибольший технический интерес), затухание ползучести на первой её стадии является результатом деформационного упрочнения (наклёпа). Так как ползучесть происходит при высокой температуре, то возможно также снятие наклёпа — так называемый возврат свойств материала. Когда скорости наклёпа и возврата становятся одинаковыми, наступает II стадия ползучести. Переход в III стадию связан с накоплением повреждения материала (поры, микротрещины), образование которых начинается уже на I и II стадиях.