4.6 Содержание отчета

4.6.1 Наименование и цель работы.

4.6.2 Оборудование, приборы, материалы.

4.6.3 Краткое теоретическое описание физической природы жаропрочности и методов ее оценки.

4.6.4 Принцип работы и схема установки испытания на горячую твердость, сущность метода.

4.6.5 Порядок проведения работы, методика измерений и расчетов.

4.6.6 Анализ полученных результатов и выводы.

4.7 Контрольные вопросы:

4.7.1 Что называется жаропрочностью?

4.7.2 В чем состоит основное отличие прочности и жаропрочности?

4.7.3 Чем обеспечивается жаропрочное состояние металлов и сплавов?

4.7.4 Какие существуют основные методы испытания жаропрочности?

4.7.5 Какие преимущества имеет метод горячей твердости по сравнению с традиционными методами испытаний?

4.7.6 Что является источником погрешностей при проведении работы?

Рекомендуемая литература

1 Испытания материалов. Справочник. М.: Металлургия, 1979. С. 111- 119.

2 Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства материалов. М.: Металлургия, 1979. С. 359–370.

Практическая работа 5 Оценка жаростойкости чистых металлов и сплавов на их основе методом взвешивания

5.1 Цель работы: изучить принцип работы аналитических весов; освоить методику измерений; определить изменение веса опытных металлов и сплавов и их жаростойкость.

5.2 Приборы и материалы: аналитические весы, набор разновесов, испытуемые материалы – Al; Al–Mg; Al–Si; Al–Cu–Mg; Al–Zn; Al–Mn; Cт3; Ti; Ni; СЧ15–32; 40Х; 12Х18Н9Т; бетон.

5.3 Общие сведения

Жаростойкостью называется свойство материалов сопротивляться химическому разрушению при повышенных температурах в течение длительного времени. Жаростойкость металлов и сплавов в окислительной среде обусловливается свойствами образующейся на их поверхности оксидной пленки, которая затрудняет диффузию газов в объеме материалов, препятствуя развитию коррозии или окислению. В неметаллических материалах (бетон), на поверхности которых не образуется защитный слой, газовая коррозия может распространиться внутрь и в конечном счете привести к механическому разрушению. Вследствие этого под жаростойкостью неметаллических материалов понимают их способность противостоять не только химическому, но и механическому разрушению при высокой температуре.

Защитные свойства оксидной пленки зависят от теплоты образования, температуры плавления и упругости диссоциации образующих ее оксидов. Основное требование к легирующим элементам заключается в их более высоком химическом сродстве к кислороду, чем у основного металла. Кроме того имеется ряд дополнительных требований:

– количество и диффузионная подвижность атомов легирующего элемента должны быть достаточными для образования оксида на всей защищаемой поверхности;

– образующийся оксид должен быть плотным, не растрескиваться, хорошо сцепляться с поверхностью основного металла;

– защитный слой должен иметь высокое электросопротивление;

– температуры плавления и сублимации защитного слоя должны быть высокими;

– в системе оксид–основа сплава не должны образовываться легкоплавкие эвтектики.

Чистые металлы по скорости окисления на воздухе (жаростойкости) в интервале рабочих температур делятся на 5 групп:

1 – очень плохая (Mg) – оксиды рыхлые;

2 – плохая (Nb, Ta, Mo, W, Ti, Zr) – оксиды плотные, но с плохими защитными свойствами;

3 – удовлетворительная (Cu, Fe, Ni, Co) – плотные оксиды с большой дефектностью;

4 – хорошая (Al, Zn, Sn, Pb, Cr, Mn, Be) – плотные оксиды с хорошими защитными свойствами;

5 – отличная (Ag, Au, Pt) – низкое химическое сродство к кислороду, как легирующие элементы не пригодны.

Жаростойкость металлов и сплавов в окислительной среде обусловливает предельную температуру их применения (таблица 5.1).

Таблица 5.1 – Предельная температура эксплуатации металлов (сплавов) в окислительной среде

Металл	Предельная температура применения, °С	Сплав	Предельная температура применения, °С
Алюминий	400	Fe – 8÷10 % Cr	700 – 750
Медь	450	Fe – 12÷14 % Cr	750 – 800
Железо	500	Fe – 16÷18 % Cr	850 – 900
Титан	500	Fe – 25÷30 % Cr	1050 – 1100
Молибден	600	Fe – 7÷9 % Cr – 1,5÷2%Al	900
Никель	800	Fe – 12÷20 % Cr – 3÷4%Al	900 – 1000
Вольфрам	800	Fe – 18÷20 % Cr – 3÷4%Al	1100 – 1200
Хром	1000	Fe – 20÷25 % Cr – 3÷5%Al	1200 – 1250
		Fe – 30 % Cr – 5 %Al	1300