Свойства основного металла

С ростом температуры в металле снижается прочность межатомных связей. Поэтому деформации и напряжения могут изменяться во времени даже при постоянных нагрузках. Различают два основных процесса – пол- зучесть и релаксацию.

Ползучестьметалла – изменение деформаций во времени при посто- янных напряжениях.

У большинства конструкционных металлов при нагревании до тем-пературы (0,4…0,5)Т_пл, где Т_пл выражается в кельвинах, процесс ползу-чести выражен сравнительно слабо. При более высокой температуре харак-тер кривых ползучести зависит от уровня приложенных напряжений (рис.8.1) . Типичная кривая ползучести, например при σ =190МПа, со-держит три участка, соответствующих трем стадиям ползучести. Первая стадия, неустановившаяся, когда скорость пластической деформации пол-зучести dε/dt уменьшается.

Рисунок 8.1 – Кривые ползучести стали ЭИ 756 при

температуре 600^оС

На второй, установившейся стадии, процесс протекает с минималь-ной скоростью. На третьей стадии скорость пластической деформации воз-растает и наступает разрушение. При невысоких температурах и малых напряжениях 2-я и 3-я стадии могут отсутствовать. При высоких темпера-турах и напряжениях 1-я стадия может непосредственно перейти в 3-ю и кривая приобретет вид, аналогичный кривой s = 200 МПа.

В эксплуатационных условиях наибольший интерес представляют

2-я (когда недопустимы существенные изменения размеров деталей) и 3-я стадии ползучести, которые связаны с разрушением. Так как 2-я стадия продолжается намного дольше, чем 1-я, деформацию ползучести оценива-ют по 2-й стадии.

С ростом напряжения и температуры возрастает скорость ползучес-ти, которая хорошо описывается зависимостью

= Кsⁿ, (8.1)

где = d / dt – скорость пластической деформации на 2-й стадии;

n и К – постоянные коэффициенты, зависящие от температуры и состава металла;

s - напряжение при одноосевом растяжении.

На рисунке 8.2 представлены экспериментальные данные в со- ответствии с формулой (8.1), которые в логарифмических координатах яв-ляются прямыми. Значения К и n приводятся в справочной литературе.

Рисунок 8.2 – Зависимость напряжения σ от минимальной скорости

пластической деформации _min для стали 60Х16М2А

Для деталей установок, работающих при высоких температурах, ус- танавливаются допускаемые напряжения в зависимости от величины плас-тической деформации, возникающей вследствие ползучести. В качестве ус-ловной характеристики сопротивляемости металла ползучести принимают предел ползучести s_п, который определяется двояко. Для машин и устано-вок с малой общей продолжительностью работы (не более сотен часов) за предел ползучести принимают напряжение, при котором деформация за заданный промежуток времени достигает значения, установленного техни-ческими условиями. В деформацию включают и деформацию на 1-й ста-дии ползучести. Для деталей установок, работающих длительное время, учитывают деформации на установившейся стадии. Пределом ползучести в этом случае является напряжение, при котором скорость деформации от-вечает установленной техническими условиями. Для деталей стационар-ных энергетических установок скорость деформации обычно принимают равной 1% за 10⁵ ч (приблизительно 11,5 лет) и предел ползучести обозна-чают как s_Т10⁵, где Т – температура испытаний, К. Испытания обычно проводят в течение 2 10³ … 6 10³ часов при заданной температуре и раз-ных (обычно трех) уровнях напряжений. Затем, используя формулу для вычисления _min (8.1), откладывают результаты испытаний на графике lgs - lg _min и экстраполируют прямую в точку установленной скорости деформации для получения s_п (рис.8.3).

Рисунок 8.3 – Схема определения предела ползучести σ_п по результатам испытаний при более высоких напряжениях

Прочность находящегося под напряжением в течение продолжитель-ного времени материала при высокой температуре оценивается пределом длительной прочности s_тм – напряжением, которое вызовет разрушение при заданной температуре через определенный промежуток времени. Для стационарных установок принимают s_тм = s₁₀⁵, вызывающее разрушение через 10⁵ часов. Для транспортных установок используют s₁₀², s₁₀³, s₁₀⁴.

На рисунке 8.4 приведены значения s₁₀⁵ для разных материалов.

Рисунок 8.4 – Предел длительной прочности σ₁₀⁵ для металлов в зависимости от температуры