98. Неметаллические жаропрочные материалы.

Графит и специальная керамика- наиболее важные неметаллические материалы , пригодные для служжбы при температурах выше 1000. в эти материалах преобладает ковалентный тип связи, и поэтому лишь при температурах выше Tпл быстро теряются жаропрочные свойства.

Графит - один из перспективных материалов высокой жаропрочности. Уникальной особенностью графита является увеличение модуля упругости и прочности при нагреве. До 2200-2400 прочность графита повышается на 60% и лишь при более высоких t он ее теряет. Графит не плавится возгоняясь до t = 3800. при нагреве графит мало расширяется, хорошо проводит теплоту и устойчив против тепловых ударов.

керамические атериалы на основе SiC, Si3N4 и системы Si - Al -O - N являются легкими , прочными и износостойкими веществами. В качестве конструкционных жаропрочных материалов их начинают применять в двигаетлях внутреннего сгорания для изготовления поршней, головок блока цилиндров и других теплонапряженных деталей.

99. Влияние структуры на жаропрочность сплавов

Для повышения жаропрочности необходимо снизить подвижность дислокаций и замедлить диффузию. ГЦК решетка твердого раствора аустенитной стали, в отличие от ферритной стали с ОЦК решеткой, характеризуется более плотной упаковкой атомов. Благодаря этому коэффициент диффузии для  -железа с ГЦК решеткой примерно на два порядка меньше, чем для  -железа с ОЦК решеткой. В частности, этим объясняется то, что скорость ползучести стали резко изменяется при температуре превращения ОЦК решетки в ГЦК. Аустенитные стали с ГЦК решеткой имеют значительно более высокую жаропрочность по сравнению со сталями с ОЦК решеткой.

Создание препятствий перемещению дислокаций достигается применением материалов, упрочненных дисперсными частицами. Упрочняющими фазами в жаропрочных сталях являются специальные карбиды, в никелевых сплавах — выделения  ^,-фазы с регулярной решеткой типа Ni₃(Ti, Al, Nb, Та). В сплавах, упрочненных большим количеством  ^,-фазы, деформация обусловлена сдвигом в частицах этой фазы, поэтому такие сплавы характеризуются высокой прочностью и вязкостью. Гетерогенная структура с дисперсными частицами в сталях достигается после закалки и отпуска, а в жаропрочных сплавах – после закалки и старения.

Прочность межатомных связей в кристаллической решетке возрастает при легировании элементами с высокой температурой плавления – Cr, Mo, W, Nb, Та. Кроме того, эти же элементы снижают коэффициент самодиффузии и сдвигают температуру рекристаллизации в область более высоких температур, что также способствует росту жаропрочности.

На скорость ползучести оказывают влияние размеры зерен сплава. Из-вестно положительное влияние мелкозернистой структуры на прочность при низких температурах. При высоких температурах, когда механизм ползучести в основном обусловлен диффузией, наоборот, скорость ползучести снижается при увеличении размера зерна. Границы зерен уменьшают сопротивление ползучести. Это вызвано тем, что границы зерен являются источниками дислокаций. Они облегчают движение дислокаций, диффузию вакансий и зернограничное скольжение. Зерна перемещаются относительно друг друга вдоль общих границ в узкой пограничной области. Заметное смещение зерен при ползучести приводит к образованию и росту клиновидных трещин и пустот на границах. При увеличении длины трещины концентрация напряжений у ее вершины растет, что в свою очередь способствует интенсификации роста трещины, а в итоге – интеркри-сталлитному разрушению.