Жаропрочность

В процессе работы многие детали машин нагреваются до высо­ких температур, достигающих 1000 °С и более.

Жаропрочность — способность материалов сохранять необходимую прочность при высоких тем­пературах.

Характеристики, которые определяют при обычных испыта­ниях, не дают представления о возможности использования ма­териалов при высоких температурах. Это объяс­няется двумя причинами. Во-первых, с повышением температу­ры числовые значения предела прочности и предела текучести понижаются.

Рисунок 2.5 - Зависимость преде­ла прочности и текучести от температуры

Во-вторых, при повышенных температурах большое значение имеет длительность ис­пытания. Дело в том, что у металлов и сплавов, работающих длительное время под нагрузкой при высоких температурах, наблюдается явление ползучести, т. е. не­прерывная пластическая деформация под действием постоянной нагрузки (металл «ползет»).

При работе под нагрузкой в ус­ловиях комнатной температуры ползучесть у большинства металлов отсутствует.

Жаропрочность металлов и сплавов характеризуют три пока­зателя: предел кратковременной прочности, предел длительной прочности и предел ползучести.

Предел кратковременной прочности (σ _в) определяют, как и при обычных испытаниях, но с нагревом образца до заданной темпе­ратуры. Эта характеристика служит для расчета на прочность деталей, работающих непродолжительное время (секун­ды, минуты) при высоких температурах.

Длительную прочность устанавливают для деталей, работающих при высоких темпера­турах.

Предел длительной прочности - напряжение, вызывающее разрушение образца при данной температуре через конкретный промежуток времени. Например, предел длительной прочности = 250 МПa (25 кгс/ мм²) означает, что при тем­пературе 600 °С напряжение 250 МПа (25 кгс/мм²) вызывает раз­рушение образца через 100 ч. Для деталей, работающих при вы­соких температурах в течение очень длительного времени, уста­навливают предел ползучести. Для этого проводят соответствую­щие испытания, записывая диаграмму ползучести.

Диаграмма ползучести состоит из трех участков, адекватных трем стадиям ползучести. На участке I ползучесть протекает с по­степенно уменьшающейся скоростью (кривая постепенно стано­вится пологой). Здесь металл больше упрочняется от наклепа вслед­ствие растяжения, чем разупрочняется от действия высокой тем­пературы.

На участке II (прямая линия) ползучесть происходит с постоянной скоростью — разупрочнение уравновешивается упрочне­нием.

На участке III (кривая кру­то поднимается вверх) разупрочне­ние начинает преобладать над уп­рочнением, ползучесть происхо­дит со все более увеличивающейся скоростью, что приводит к разру­шению металла. При высокой тем­пературе детали машин долж­ны работать в условиях, соответ­ствующих участку II. Длительность работы на участке II может быть разной: от 1000 ч (41, 7 дня) до 100 тыс. ч (около 11, 4 года). За это время металл не должен удлиниться более чем на а %. Величину а задают разной: от 0, 1 до 1 %.

Рисунок 2.6 - Диаграмма ползучести

Таким образом, пределом ползучести называется напряжение, которое за конкретный промежуток времени при данной темпе­ратуре вызывает заданное удлинение (например, 1 %). При рас­чете предела ползучести необходимо знать температуру испыта­ния, деформацию, нагрузку и время ее действия. Например, пре­дел ползучести составляет =200 МПа (20 кгс/мм²). Это оз­начает, что для удлинения образца на 1 % за 1000 ч при температуре 600 °С предел ползучести должен быть равен 200 МПа (20 кгс/мм²). Если увеличить напряжение, то суммарная деформация возрас­тет (будет выше 1 %