Температурах

Испытание металла на длительную прочность проводят до разруше-ния образца. Чем выше температура и напряжение, тем раньше происходит разрушение. Точка перелома прямой линии (рис.8.5) отвечает переходу от вязких разрушений с образованием шейки, которые характерны для вы-соких напряжений, невысоких температур и сравнительно коротких проме-жутков времени до разрушения, к хрупким межзеренным (интеркристал-лическим) разрушениям, которые происходят при более низких напряже-ниях, высоких температурах и продолжительных выдержках. Переход к хрупким разрушениям происходит за счет постепенного ослабления гра-ниц зерен.

Пластичность металла, оцениваемая по величине удлинения образ-цов до разрушения, существенным образом зависит от характера разруше-ния (рис.8.5). При вязком разрушении происходит монотонное уменьше-ние пластичности по мере увеличения времени до разрушения. При пере-ходе от вязкого разрушения к хрупкому межзеренному (t₁, t₂) пластич-ность резко снижается. Разрушение конструкций при высоких температу-рах, как правило, происходит без заметной пластической деформации, то есть хрупко.

Рисунок 8.5 – Зависимость длительной прочности (а) и пластичности (б)

от температуры и времени испытания до разрушения

Установлены следующие закономерности изменения пластичности при высоких температурах (рис.8.6) . При относительно невысоких тем- пературах в случае вязкого разрушения пластичность снижается с умень-шением скорости деформации, хотя это снижение и небольшое.

При более высоких температурах с уменьшением скорости деформа-ции происходит переход к межзеренному разрушению, что влечет за собой существенное уменьшение пластичности.. В некотором диапазоне скорос-тей деформации пластичность достигает минимума и при дальнейшем уменьшении скорости не изменяется или слабо повышается. Значение ми-нимальной пластичности может быть одним из критериев склонности ста-ли к хрупкому разрушению.

а – без термообработки;

б – стабилизация 10 ч при 800^оС;

в – аустенизация 1 ч при 1100^оС и стабилизация

10 ч при 800⁰С

Рисунок 8.6 – Зависимость пластичности образцов из сварных соединений стали 12Х18Н10Т от температуры и скорости

деформации: 20 %/ч (1); 0,67 %/ч (2 ); 0,067 %/ч (3)

В некотором диапазоне скоростей деформации пластичность дости-гает минимума и при дальнейшем уменьшении скорости не изменяется или слабо повышается. Значение минимальной пластичности может быть од-ним из критериев склонности стали к хрупкому разрушению.

Более стабильные результаты по высокотемпературной пластичнос- ти могут быть получены за сравнительно короткие промежутки времени при испытаниях с постоянной скоростью деформации, обеспечиваемой равномерным перемещением захватов машины.

При испытаниях с постоянной скоростью деформации, но разных температурах пластичность имеет минимум, положение которого смещает- ся в область более низких температур при меньшей скорости деформации. В перлитных сталях минимальная пластичность наблюдается в области 500…600^оС и составляет 3...5 %. Аустенитные стали более склонны к

хрупким разрушениям. Минимальная пластичность в них составляет доли процента в диапазоне 550…600⁰С. У сплавов на никелевой основе плас- тичность падает при 600…750⁰С. Значение минимальной пластичности определяется характером легирования, структурой, зависящей от терми- ческой обработки и предыдущей пластической деформации.

На каждом из прямолинейных участков (см. рис.8.5) справедлива степенная зависимость

t = А σ ^-m , (8.2)

где t – время до разрушения;

A и m – постоянные коэффициенты для данного материала, темпе-ратуры и характера разрушения.

Эта зависимость позволяет экстраполировать результаты кратковре- менных испытаний на более длительный срок, но не более чем на порядок.

Для сокращения времени испытаний на длительную прочность ис- пользуют параметрические зависимости между температурой испытаний и временем до разрушения при неизменном напряжении (зависимость Лар-сона-Миллера):

П = T(C+lgt) или = П = T(C + lgt), (8.3)

где П – параметр, являющийся постоянным числом для конкретного металла и уровня приложенных напряжений;

T – температура, ⁰С;

С – постоянная, близкая к 20;

t – время приложения нагрузки в часах до разрушения, ч;

H – энергия активации ползучести;

R – газовая постоянная.

Эта зависимость позволяет по данным кратковременных испытаний при более высоких температурах определить длительную прочность при более низких (эксплуатационных) температурах. Для получения значения параметра П необходимо иметь результаты нескольких испытаний при постоянном напряжении, разных температурах и однотипном разрушении. При этом максимальная температура испытаний не должна превышать ра- бочую более, чем на 50…100^оС. Например, если температура испытаний металла, для которого С = 20 возрастает от 800 до 1000^оС, то время разру-шения уменьшится от 100 ч при 800^оС до 0,035 ч при 1000^оС, то есть время до разрушения образца при заданном уравне напряжений изменяется в за-висимости от температуры таким образом, что этот параметр П остается неизменным.