Прочность металлов при высоких температурах

Для обеспечения надёжной работы высокотемпературных деталей необходимо глубокое понимание особенностей поведения металлических материалов при воздействии нагрузок и высоких температур. Материалы, предназначенные для изготовления высокотемпературных деталей, должны обладать высокой жаропрочностью.

Жаропрочность — свойство материала сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних нагрузок при высоких температурах.

При высоких температурах, к которым относят температуры, превышающие 0,5Т_пл, усложняются механизмы пластической деформации и разрушения.

Одной из особенностей металлических материалов является их свойство медленно деформироваться под влиянием даже небольшой постоянной нагрузки — свойство ползучести.

Ползучесть при температурах, меньших чем 0,5Т_пл, называют низкотемпературной, а при температурах больших 0,5Т_пл — высокотемпературной.

Графическую зависимость деформации при ползучести от времени при постоянных напряжении и температуре называют кривой ползучести.

Сопротивляемость ползучести характеризуют условным пределом ползучести — напряжением, которое при данной температуре за установленное время испытания вызывает заданное удлинение образца (остаточное или остаточное в сумме с упругими).

Для определения условного предела ползучести производят испытания на ползучесть нескольких образцов. Во время испытания образец находится при постоянной растягивающей нагрузке и постоянной температуре. Деформация образца все время регистрируется. По полученным данным строят кривую ползучести.

Определение условного предела ползучести производят следующим образом:

- испытывают не менее четырёх образцов при данной температуре и различных напряжениях;

- на основании полученных кривых ползучести для заданного времени строят диаграмму зависимости между напряжением и удлинением. По этой диаграмме находят условный предел ползучести;

- определив условный предел ползучести не менее чем при трёх температурах, строят зависимость условного предела ползучести от температуры.

Для того, чтобы оценить сопротивляемость сплава разрушению при высоких температурах, производят испытания на длительную прочность. Образец нагревают до заданной температуры. Затем нагружают постоянной нагрузкой и выдерживают до разрушения. На основании испытания серии образцов определяют предел длительной прочности — напряжение, вызывающее разрушение материала через заданное время при постоянной температуре.

Зависимость между напряжением и временем до разрушения описывают кривой длительной прочности. Такие кривые обычно строят в логарифмических координатах и приводят в справочниках.

Разрушение, вызываемое термическими напряжениями, возникающими вследствие периодических изменений температуры, называют термической усталостью.

Термическая стойкость — свойство материала сопротивляться разрушению от термической усталости.

Для определения термической стойкости производят испытания на термическую усталость образцов, имеющих чаще всего клиновидное сечение, а также готовых деталей. Термическую стойкость характеризуют числом теплосмен, в результате которых на образце или детали появляется трещина определённой длины, например 0,5 мм.