1.4 Определение характеристик жаропрочности – прочности металла при высокой температуре

Жаропрочность — свойство металлов при высоких температурах сопротивляться деформации и разрушению при действии приложенных напряжений. Жаропрочность зависит от химического состава, структуры и технологии изготовления сплава.

Основными характеристиками жаропрочности являются предел ползучести _пл и предел длительной прочности _дл. О жаропрочности судят по результатам длительных испытаний на статическое осевое растяжение стандартный образцов (Рис. 1) при высоких температурах (ГОСТ 9651-84), на ползучесть (ГОСТ 3248-81) и длительную прочность (ГОСТ 10145-81). Образец при испытаниях помещается в термостат, в котором поддерживается заданная температура.

Пределом ползучести (_пл) называется напряжение, которое вызывает за установленное время испытания при данной температуре заданное удлинение образца (суммарное или остаточное) или заданную скорость ползучести на прямолинейном участке кривой ползучести.

Предел ползучести обозначается как напряжение  с числовыми индексами – верхний указывает температуру в градусах Т, а нижний - отношение деформации δ в процентах и времени τ в часах, за которое она возникает . Например, = 80 МПа означает, что напряжение 80 МПа за время 100000 ч при температуре 600°С создает 1% пластической деформации ползучести. Нижний индекс представляет собой скорость ползучести (8) V = 110^-5 %/ч.

Предел ползучести является базовой расчетной характеристикой конструкций, работающих с ограниченной суммарной деформацией ползучести. Например, для подвижных узлов турбин (валов, лопаток) суммарная деформация ползучести за весь период работы не должна превышать определенного значения, обусловленного конструктивными соображениями работоспособности.

Ползучесть — свойство металлов медленно и непрерывно пластически деформироваться при статическом нагружении, особенно при высоких температурах. При повышенных температурах металлы приобретают способность получать остаточные деформации («ползти») даже в тех случаях, когда действующие напряжения лежат значительно ниже предела текучести (упругости) данного металла при заданной температуре.

Испытания на ползучесть дают возможность получения кривой ползучести, представляющей графическое изображение зависимости деформации от времени при постоянной температуре и постоянном напряжении, по которой определяют деформацию за установленное время или скорость ползучести.

Пределом длительной прочности (_дл) называется напряжение, которое вызывает разрушение материала при заданной температуре за определенное время.

Предел длительной прочности обозначается как напряжение МПа, с числовыми индексами – верхний указывает температуру в градусах, а нижний - длительность испытания в часах. Например, означает, что температура испытания 650°С, длительность испытания 100000 ч.

2. Определение характеристик пластичности

Пластичность – свойство металла пластически деформироваться, не разрушаясь под действием внешних сил. Под пластической деформацией понимается способность материалов изменять свою форму и размеры под действием внешних сил и сохранять эти изменения после снятия нагрузки.

Характеристики пластичности – относительное удлинение (дельта) и относительные сужение площади поперечного сечения (кси). Определяются при проведении испытания материалов на статическое осевое растяжение на тех же стандартных образцах и оборудовании, на которых определялись характеристики статической прочности (Рис. 1, 2).

Относительным удлинением называется отношение абсолютного удлинения, т. е. приращение расчетной длины образца после разрыва , к его первоначальной расчетной длине , мм, выраженное в процентах:

%

(7)

где – длина расчетной части стандартного образца после разрыва, мм.

Расчетная длина – участок рабочей длины образца между нанесенными метками до испытания, на котором определяется удлинение (Рис. 1).

Относительным сужением называется отношение абсолютного сужения, т. е. уменьшение площади поперечного сечения образца после разрыва , к первоначальной площади его поперечного сечения мм², выраженное в процентах:

%,

(8)

где – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва, мм²_.