Что называется повреждаемостью?
Повреждаемость – способность металлов и сплавов понижать служебные характеристики при работе под напряжением в условии высоких температур, а также предшествующей ей технологической обработке.
Опишите кратковременные испытания на растяжение.
Образцы цилиндрического и плоского сечения короткого или длинного размера с диаметром рабочей части 5, 6 и 10 мм. При нагреве в электропечах в течение 1 часа.
На рис. приведена диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали. По оси ординат отложено усилие Р, а по оси абсцисс — деформация (абсолютное удлинение образца). Эта диаграмма характеризует поведение металла при постепенном увеличении растягивающего усилия от момента начала нагружения до разрыва образца.
На диаграмме можно отметить несколько характерных участков. Участок ОА представляет собой прямую и показывает, что при нагружении приращение удлинения прямо пропорционально увеличению нагрузки. При нагрузках выше точки А линейность диаграммы нарушается и при достижении точки С происходит резкий перегиб кривой. Образец удлиняется при постоянной нагрузке Рс («площадка текучести»). При дальнейшем деформировании образца нагрузка вновь начинает возрастать, достигая максимума в точке D, обычно соответствующей появлению в образце местного сужения поперечного сечения («шейки»), после чего нагрузка уменьшается и образец разрушается при усилии Рк.
Средне- и высокоуглеродистые стали не имеют на диаграмме растяжения «площадки текучести».
При делении максимальной нагрузки, которую выдержал образец до разрыва (нагрузка измеряется специальным прибором — силоизмерителем, входящим в конструкцию испытательной машины), на площадь его поперечного сечения до растяжения получают основную характеристику металла, называемую пределом прочности (σв).
При повышенных температурах кратковременные испытания на растяжение выполняются на обычных испытательных машинах, только в машину встраивается печь (как правило, муфельная электрическая) для нагрева образца.
На величину предела прочности нагретого металла значительное влияние оказывает скорость растяжения: чем выше скорость, тем больше значение предела прочности. Поэтому для правильной оценки теплостойкости стали продолжительность испытания на растяжение должна составлять 15—20 минут.
Проанализировать жаростойкость хромоникелевого чугуна (марку сплава студенты выбирают самостоятельно) и пути ее повышения. Рассмотреть условия работы изделия из такого материала, определяя физические, химические и технологические его свойства.
Жаростойкость — способность металлов и сплавов сопротивляться окислению и газовой коррозии при высоких температурах. Жаростойкость зависит от многих внешних и внутренних факторов. В основном за жаростойкость отвечают поверхность металла и чистота ее обработки.
Выбран хромоникелевый чугун марки ЧНХТ, чтобы изучить его на примере жаростойкость и методы ее повышение. Данная марка чугуна используется в установка работающих при высоких температурах (для 1000-1100 °C).
Никель-хромовые сплавы известны как жаростойкие материалы. Одновременно они обладают коррозионной стойкостью и в агрессивных средах. Эти сплавы так же, как и нержавеющие стали устойчивы в окислительных средах, например, в азотной кислоте.
Жаростойкость чугуна повышается при переходе графита от пластинчатой к шаровидной форме. Легированный кремнием или алюминием чугун подвержен обезуглероживанию, протекающему при наличии в рабочей среде кислорода, двуокиси углерода и водорода. Со временем оно прекращается, и тогда взаимодействие окислительных компонентов рабочей среды с чугуном часто развивается по схеме межкристаллитной коррозии. Обезуглероживание предотвращают добавками к чугуну хрома (0,5—0,8%). Воздействие на чугун газовых сред (кислорода, воздуха, водяного пара, двуокиси углерода, окиси углерода) различно. Так, легированные чугуны жаростойки в воздухе до температуры 1000—1100° С, в парах воды — только до температуры 800—850° С.
Никель в сталях является элементом, способствующим образованию и сохранению аустенита. В сочетании с марганцем он способствует получению стабильной однофазной аустенитной структуры металлической основы, повышает жаростойкость и жаропрочность чугуна, улучшает качество чугунной отливки. Никель повышает упрочняемость сталей. В комбинации с хромом никель еще больше повышает способность сталей к термическому упрочнению, способствует повышению вязкости и усталостной прочности сталей. Растворяясь в ферите никель повышает его вязкость. Никель увеличивает сопротивление коррозии хромоникелевых аустенитных чугунов в неокисляющих кислотных растворах.
Жаростойкие чугуны легированы хромом, кремнием и алюминием, образующими защитные оксидные пленки.
Иногда используют азотирование (Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде) чугунных отливок для увеличения износостойкости и коррозионной стойкости и алитироваиие (Алитирование, алюминирование — покрытие поверхности стальных деталей алюминием для защиты от окисления при высоких температурах, 700—900 °C и выше, и сопротивления атмосферной коррозии) для повышения жаростойкости.
Методы повышения:
Полированные поверхности окисляются медленнее, так как оксиды распределены равномерно и более прочно сцеплены с поверхностью металла. Формирующаяся на поверхности оксидная пленка достаточно хорошо защищает металл от дальнейшего окисления в том случае, если она плотная и не пропускает ионы кислорода, хорошо сцеплена с подложкой и не отслаивается при механических испытаниях. К металлам, которые образуют такие пленки, относятся хром и алюминий. Оксидные пленки типа шпинели Сг2О3 и А12О3 хорошо защищают от окисления при высоких температурах. Если на поверхности образуется рыхлый оксид, как у магния, то он не стоек и не защищает металл от дальнейшего окисления.
Повышение жаростойкости сплавов достигается легированием элементами (хром, алюминий, кремний), образующими на поверхности непроницаемые для ионов основного металла и кислорода оксидные пленки. Также для этих целей используются защитные покрытия, состав которых выбирается с учетом условий работы изделия и состава агрессивной среды. Структура жаростойкого материала должна быть однородной и однофазной (чистые металлы, твердые растворы).
Термическая обработка меняет строение сплавов и, следовательно, их коррозионную стойкость. Отжиг и нормализация приводят к формированию однофазной структуры и способствуют увеличению жаростойкости материала.
Пластическая деформация ухудшает жаростойкость, так как приводит к появлению градиента напряжений в структуре металла. Величина зерна для жаростойкого материала не существенна, поэтому эта характеристика является структурно нечувствительной.
Характеристики сплавов, стойких к коррозии при повышенных температурах, могут быть даны лишь к конкретным агрессивным средам и, выбор материала решается с учетом условий работы данного изделия.