Длительной прочностью

Длительность, ч Температура, °С Предел длительной ползучести, МПа

Способ Ке, который сначала проверялся на алюминии, использует значение начальной ползучести, чтобы найти зависимость коэффициента QG от температуры. Принятая в этом способе температурная зависимость длительной ползучести неверна для сетчатых аморфных полимеров при температурах, превышающих температуры их стеклования.

Все три рассмотренных выше способа являются частными вариантами способа Мак-Крума — Морриса в том отношении, что последний допускает любые изменения как начальной, так и длительной ползучести при изменении температуры.

Следует отметить, что способы Ке и Мак-Крума — Морриса по существу основываются на предположении, что функции ползучести определяются формулами (55) и (51) соответственно без каких-либо дополнительных ограничений. Поэтому в принципе графические методы смещения, описанные ранее в связи с этими формулами, должны дать такие же функцию а&(Т) и приведенную кривую ДО(?), что и два указанных способа. Однако в силу соотношений (61) и (62) для построения приведенной кривой любым из этих двух способов необходимо знать или уметь оценить начальную ползучесть, а при использовании способа Мак-Крума—Морриса то же требуется и для длительной ползучести. В связи с этим обстоятельством, обычным разбросом экспериментальных данных и тем фактом, что определить предельные значения ползучести непосредственно по экспериментальным данным зачастую затруднительно, а иногда и невозможно, следует ожидать некоторых расхождений в результатах. Думается, что графические методы смещения обеспечивают лучшие «средние» характеристики материала и оказываются

Заметим, что если характеристики материала описываются формулой (51) или формулой (55), то при использовании графических методов не нужно заранее знать предельные значения длительной ползучести. Более того, графическим методом можно пользоваться даже в тех случаях, когда DI нельзя определить из исходных данных. Для этого нужно предварительно оценить значение начальной ползучести при некоторой выбранной температуре (основываясь, например, на данных, полученных для наименьших значений времени). Взяв затем несколько близких значений DI и построив приведенные кривые AD(), нужно в качестве «лучшей» функции ?>i(0, Т) выбрать ту, которая дает самую гладкую приведенную кривую.

Помимо изменений в дислокационной структуре матрицы в процессе ползучести происходит миграция участков границ зерен между закрепленными точками — карбидными частицами. Процесс миграции участков границ приводит к перераспределению напряжений и росту их в местах закрепления, что способствует зарождению пор у карбидов. Известно [11], что межзе-ренное проскальзывание является одним из механизмов зарождения пор на границах зерен. В [10] обнаружено межзеренное проскальзывание при длительной ползучести также и в стали 12Х1МФ в условиях эксплуатации.

Несущая способность конструкций зависит также от температурных режимов и длительности воздействия силовых и тепловых нагрузок. Длительное воздействие таких нагрузок сопровождается явлениями кратковременной или длительной ползучести материала. Для некоторых конструкций (например, авиационных) к изменению физических свойств материала могут приводить акустические нагрузки (особенно ультразвукового диапазона).

4. Формула для критического времени выведена в предположении, что потеря устойчивости происходит в условиях длительной ползучести, когда деформацией ползучести, накопленной за первый период, можно пренебречь по сравнению с общей деформацией элемента.

Несущая способность конструкций зависит также от температурных режимов и длительности воздействия силовых и тепловых нагрузок. Длительное воздействие таких нагрузок сопровождается явлениями кратковременной или длительной ползучести материала. Для некоторых конструкций (например, авиационных) к изменению физических свойств материала могут приводить акустические нагрузки (особенно ультразвукового диапазона).

то это еще не означает, что металл шва не удовлетворяет необходимым требованиям. Так как объем, занимаемый швом, обычно весьма мал по сравнению с объемом основного металла, то дополнительное увеличение пластической деформации ползучести всей детали обычно незначительно. Главными в условиях длительной ползучести являются характеристики прочности сварного соединения. Критерии, характеризующие прочность металлов и сварных соединений при высоких температурах, целесообразно разделить на две группы.

Рис. 13.1. Иллюстрация ползучести и разрыва при ползучести (е.с — деформация ползучести). 1 — разрыв при кратковременной ползучести; 2 — разрыв при длительной ползучести; 3 — ускоренная ползучесть (стадия III); 4 — установившаяся ползучесть (стадия II); 5 — неустановившаяся ползучесть (стадия I).

К сталям, закаливающимся в условиях сварки, могут быть отнесены также низко- и среднелегированные теплоустойчивые стали, т. е. такие, которые длительное время сохраняют высокие прочностные свойства при работе в условиях повышенных (450— 580 °С) температур, оцениваемые пределом ползучести и длительной прочностью.

Следовательно, если учитывать фактор времени, то прочность металла есть характеристика, называемая длительной прочностью. Длительная прочность — это предел прочности (временное сопротивление) при данной длительности испытания или напряжение, вызывающее разрушение при данной продолжительности воздействия нагрузки. Длительная проч-

кеты составляет несколько десятков минут, а продолжительность действия 1-й или 2-й ступени ракеты, выводящей спутник на орбиту, — несколько секунд. В данном случае требуется материал с минутной или секундной «длительной» прочностью.

Кроме того, известно, например, что аустенитные стали с решеткой К12 обладают большими сопротивлением ползучести и длительной прочностью, чем ферритные стали, имеющие решетку К8.

Качественно жаропрочность выражается тремя характеристиками: кратковременной прочностью, ползучестью и длительной прочностью.

500°С снижает усталостную прочность на 20—25 %. Это снижение находится на уровне и даже несколько меньше, чем снижение статической прочности под влиянием соответствующего повышения температуры. Интересно то, что предел выносливости надрезанных образцов значительно меньше зависит от температуры испытания, чем предел выносливости гладких образцов. Изменение усталостной прочности более значительно при отрицательных температурах, чем в диапазоне 20—450 С. Многие исследователи связывают уровень циклической прочности титановых сплавов при повышенных температурах (выше 300 С) непосредственно с длительной прочностью, отождествляя влияние длительности действия статической и циклической нагрузок. Циклическое нагружение в различных температурных областях вызывает различный характер разрушения, особенно в начальной стадии. В диапазоне —196 —+ 200°С разрушение начинается и распространяется преимущественно по двойникам, в области 200—400°С наблюдается обычное для высоких температур разрушение по телу зерен, при более высоких температурах разрушение происходит главным образом по границам зерен.

Методы измерения твердости материалов прочно вошли в практику контроля качества и проведения научных исследований. Научная и практическая ценность этих измерений заключается в том, что по величине твердости можно судить о многих важных характеристиках свойств материалов, а часто и определять их. Из результатов многочисленных исследований следует, что твердость материала зависит от его кристаллической структуры и связана со многими механическими и физическими характеристиками, с пределами текучести, прочности, усталости, с ползучестью и длительной прочностью, сжимаемостью, коррелируется также с некоторыми магнитными и электрическими свойствами. Измерение твердости является простым, но высокочувствительным методом исследования механизма пластической деформации, старения, наклепа, возврата, рекристаллизации и других фазовых и структурных превращений.

газотурбинных жаропрочных сплавов. Под руководством С. Т. Кишкина были разработаны сложнолегированные сплавы серии «ЖС», превосходившие по жаропрочности все известные зарубежные сплавы и нашедшие широкое применение для изготовления сопловых и рабочих лопаток теплона-пряженных турбореактивных двигателей. Если в 1945 г. советские конструкторы и технологи располагали только газотурбинными жаропрочными сплавами со 100-часовой длительной прочностью 7 — 12 кг/мм* , то к концу 50-х — началу 60-х годов 100-часовая прочность подобных сплавов была увеличена до 35 — 50 кг/мм2 и выше.

Слоистые материалы на основе современных композитов обладают высокой длительной прочностью и нечувствительны к надрезам. Они имеют относительно низкую ударную прочность по сравнению с металлами. Тем не менее из композитов можно проектировать конструкции, стойкие к ударным нагрузкам [22].

композитов, армированных сапфиром: композиты с волокнами пониженной прочности (140 кГ/мм2) будут иметь такую же прочность при высоких температурах (>1373 К), какую имеют композиты, содержащие волокна с исходно высокой прочностью. Это означает, что в том случае, когда применение композитов определяется высокотемпературной и длительной прочностью (например, в качестве материалов для горячих частей газотурбинного двигателя), нецелесообразно при разработке композитов направлять усилия на усовершенствование процесса изготовления с целью повышения прочностных свойств имеющихся волокон выше того уровня, который имеется в композитах с Ni — Cr-матрицей (см. обсуждение выше).

шая работа по исследованию прочностных свойств армированных вольфрамом металлических матриц при повышенных температурах была проведена в Англии в Исследовательском центре Льюиса Национального управления по аэронавтике и космическим исследованиям (NASA), а также в Национальной организации по газовым турбинам. Некоторые результаты, связанные главным образом с длительной прочностью вольфрамовых проволок при повышенных температурах, суммируются ниже.