Испытания на ползучесть

Наиболее важный вид ползучести — медленная ползучесть, которая возникает в интервале температур (0,4 — 0,7 Т^) материала. Если в процессе

испытания материала деформация 5 про­текает при условии постоянства темпера­туры (Т = const) и напряжения (а = const), то такой процесс деформирования назы­вают испытанием на ползучесть.

Показатели ползучести определяют на специальных установках, которые по­зволяют при заданных Т и а измерять деформацию ползучести 8 (рис. 6.1).

Рнс. 6.1. Схема установки для ис­пытания образцов на ползучесть: / — образец, 2 — печь для нагрева; 3 — индикатор

Согласно ГОСТ 3248—81, на ползу­честь испытывают растяжением серию об­разцов при заданной температуре и не­скольких уровнях напряжений. Длитель­ность испытаний составляет 50—100 000 ч. В процессе испытаний строят диаграммы ползучести в координатах деформация — время (рис. 6.2).

На диаграмме ползучести рассматривают следующие четыре основных участка: Оа — участок в основном упругой деформации, аЪ — участок неус­тановившейся ползучести, be — участок установившейся ползучести, cd — уча­сток ускоренной ползучести, заканчивающийся разрушением в точке d.

Основными показателями ползучести являются скорость ползучести 5 = d8/cVu и условный предел ползучести. Условным пределом ползучести назы­вается напряжение, вызывающее при данной температуре заданную деформацию за установленный промежуток времени. Условный предел ползучести обознача­ют символом oL, МПа. В теплоэнергетике допускается деформация 1% за 10 ч, в этом случае условный предел ползучести обозначается, например, так: су⁵,⁵⁰ s =130 МПа (напряжение, равное 130 МПа, вызывает 1% деформации за

10⁵чпри550°С). 8,%

const

Рнс. 6.2. Кривые ползучести (о, > о2 > о3)

В основном жаропрочные мате­риалы, используемые в технике, яв­ляются поликристаллами и процесс ползучести протекает в основном за счет перемещения дислокаций. Пол­зучесть, как уже сказано, сопровож­дается структурными превращения­ми, связанными с влияниями темпе­ратуры и напряжения. В этом про­цессе очень важное место занимает один из факторов — время. На крат-

5,%

d

|!

. '

а О

т,ч Рис.6.3. Зависимость деформации и скорости ползучести от времени

ковременную прочность диффузионные процессы мало влияют, но значительно влияют на ползучесть. Границы зерен способствуют упрочнению при быстром нагружении, а при ползучести являются наиболее слабыми местами структуры, по которым и начинается разрушение. Рассматривая подробнее кривую ползу­чести (рис. 6.3), отметим, что на участке аЬ замедляется скорость деформации за счет перераспределения нагрузки между зернами в сторону более равномерной. На этом участке наблюдается преоблада­ние процесса упрочнения (за счет дейст­вия нагрузки), перераспределение дисло­каций и образование субструктуры. На участке be с более равномерной скоростью ползучести процессы упрочнения и разупрочнения (за счет действия температуры) значительно сбалансирова­ны, но уже можно заметить появление мельчайших трещин и в основном по границам зерен, где начинаются разрушения. На участке cd преобладает дей­ствие факторов, которые приводят к разупрочнению, ускоренной деформа­ции и полному разрушению материала.

Слабыми местами считаются границы зерен у сплава, так как именно в этих местах наблюдается скопление огромного количества точечных и ли­нейных дефектов (вакансии, дислокации и т. д.), которые при высоких тем­пературах имеют большую энергию, что облегчает прохождение диффузи­онных процессов. При небольшом размере зерна у материала при ползучести происходит перемещение одного зерна относительно другого вдоль поверх­ности их раздела, т. е. наблюдается скольжение и дислокации могут перепол­зать на новые плоскости, что совсем нежелательно.

Испытание на длительную прочность. Длительной прочностью назы­вают способность материала сопротивляться разрушению в условиях дли­тельного статического нагружения. При испытаниях на длительную проч­ность образец проходит все стадии ползучести вплоть до разрушения. Испы­тания на длительную прочность отличаются от испытаний на ползучесть только тем, что образец доводится до разрушения, а регистрация деформа­ции в этом случае не обязательна.

В результате испытаний на длительную прочность определяют предел длительной прочности — напряжение, которое доводит образец до полного разрушения за данный промежуток времени при постоянной температуре. Для определения предела длительной прочности испытывают 8—10 образ­цов при одной температуре, но различных напряжениях. Испытания прово-

дятся на тех же установках, которые предназначены для испытаний на пол­зучесть. Чем ниже напряжение, тем больше продолжительность испытания до разрушения (рис 6.4). Предел длительной прочности обозначается симво­лом <т[. Например, о"? = 150 МПа — напряжение, равное 150 МПа, дово­дит металл до разрушения за 10⁵ ч при 550 °С.