Испытания металлов при повышенных температурах

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Многие детали машин работают при повышенных температурах, поэтому материал, из которого они изготавливаются, должен обладать рядом специфических свойств, в частности жаропрочностью.

Жаропрочность — это свойство металлов и сплавов длительно сопротивляться развитию пластической деформации и разрушению под действием постоянных нагрузок при высоких температурах. Численно жаропрочность может быть выражена: пределом кратковременной прочности, пределом ползучести и пределом длительной прочности. Для определения предела кратковременной прочности используются обычные машины для испытаний на растяжение, снабженные нагревательными устройствами. Для измерения температуры на образцах укрепляются термопары. ГОСТ 9651—61 * предусматривает проведение испытаний на растяжение до температуры 1200° С, при этом могут быть получены характеристики материала те же, что и при обычных испытаниях на растяжение.

Предел кратковременной прочности (предел прочности при повышенной температуре) не характеризует в полной мере свойства материала при температуре испытаний. Эта характеристика дает представление о поведении материала при его горячей обработке давлением.

Рис. 55. Кривая ползучести

Ползучестью металлов и сплавов называется их свойство медленно и непрерывно пластически деформироваться при высоких температурах под действием постоянной, длительно действующей нагрузки. Явление ползучести возникает при условии, если приложенное напряжение выше предела упругости при дайной температуре, а температура выше температуры рекристаллизации.

Кривая ползучести (рис. 55) характеризует удлинение образца ∆l в зависимости от времени действия t постоянной нагрузки σ=const) при постоянной температуре (t=const) и имеет несколько участков:

оа — участок, характеризующий деформацию в момент приложения нагрузки;

ab — участок с замедляющейся скоростью деформации;

Ьс—практически прямолинейный участок установившейся ползучести, скорость деформации постоянная;

cd — участок характеризует развитие местной деформации с возрастающей скоростью, заканчивающейся разрушением.

На практике за количественную характеристику ползучести принят предел ползучести — напряжение, которое за определенный промежуток времени вызывает, при заданной температуре, заданное суммарное (упругое и пластическое) удлинение или заданную скорость ползучести.

При испытании на ползучесть деформация образца фиксируется с точностью не менее 0,002 мм. Результаты испытаний серии образцов при заданной температуре и разных напряжениях изображаются графически в координатах «время — относительное удлинение» — так называемые первичные кривые ползучести. Затем определяется условный предел ползучести.

Предел ползучести обозначается буквой σ с индексами, например =25 кгс/мм2 означает, что при напряжении 25 кгс/мм² и  температуре 700°С за 1000 ч испытания, суммарное удлинение составит 1% первоначальной длины, или   напряжении 20 кгс/мм² и температуре 600°С средняя скорость ползучести равна 2-10^—5% первоначальной длины в час.

Методика испытания на ползучесть, а также основные требования к образцам и испытательным машинам регламентирует ГОСТ 3248—60. Испытания на ползучесть трудоемки и длительны (до 5000—10000 ч), проводятся одновременно на большом количестве установок.

Характеристика ползучести преимущественно определяется у жаропрочных металлов и сплавов при действии на образец одноосного растяжения. Другие виды нагружения применяются редко.

Длительная прочность является характеристикой сопротивления разрушению при длительном действии статической нагрузки и высокой температуры. Характеристикой длительной прочности является предел длительной прочности — величина напряжения, которое вызывает разрушение образца при данной температуре через определенный промежуток времени.

Рис. 56. Зависимость длительной прочности от времени испытаний (температура постоянная)

Предел длительной прочности обозначается буквой σ с индексами: например, 25 кгс/мм² означает, что под действием постоянного напряжения 25 кгс/мм² при температуре 800°С образец разрушится через 100 ч после начала испытаний.

Метод испытания на длительную прочность установлен ГОСТ 10145—62 (до 1200°С для черных и цветных металлов и сплавов). Порядок проведения испытаний кратко заключается в следующем.

Помещенный в электрическую печь образец нагревают до заданной температуры, выдерживают при этой температуре до полного прогрева, а затем плавно прикладывают нагрузку. В процессе испытаний фиксируется время, через которое образец разрушается.

Результаты испытаний серии образцов при разных температурах наносятся па график с координатами «напряжение — время до разрушения» (рис. 56). При испытаниях на длительную прочность можно определить также относительное удлинение δ и относительное сужение ψ аналогично тому, как это делается при испытаниях на растяжение.

Для испытаний на длительную прочность может использоваться то же оборудование, что и для испытания на ползучесть (ГОСТ 3248—60), кроме того ГОСТ 1553—70 предусматривает требования к машинам для испытания на длительную прочность. Если, как было сказано, предел кратковременной прочности при высоких температурах служит для оценки технологических свойств материала, то предел ползучести и предел длительной прочности — характеристики, служащие для оценки долговечности деталей, работающих при высоких температурах.

Предел ползучести используется для расчета деталей, длительное время работающих при высоких температурах, когда явление ползучести определяет их поведение в условиях эксплуатации.

Предел длительной прочности является одной из основных характеристик материала деталей, работающих при высоких температурах относительно непродолжительное время, когда процесс ползучести еще находится в начальной стадии развития.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры