Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева»

Кафедра инновационных материалов и защиты от коррозии

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Материаловедение для технологии биологически активных веществ»

на тему «Жаропрочные материалы»

Выполнил:

Проверила: доцент

Василенко О. А.

Москва 2024

Содержание

Y

Введение

Существует множество различных типов материалов, каждый из которых обладает своими уникальными свойствами и возможностями применения. Одним из таких типов материалов являются жаропрочные материалы. Они обладают способностью сохранять свои физические и химические свойства при высоких температурах, испытывая при этом большие механические напряжения.

Жаропрочные материалы незаменимы во многих отраслях промышленности. Современные ТЭЦ используют пар, нагретый до 500 – 560 , стационарные газовые турбины и воздухонагреватели работают при температуре более 700 , а в авиационных двигателях и химических установках рабочие температуры могут достигать 1100 [1]. Обычные конструкционные стали способны выдерживать нагрев только до 450 , поэтому они не могут применяться в таких условиях.

В химической промышленности жаропрочные материалы используются для создания реакторов и трубопроводов, которые работают с агрессивными средами при высоких температурах. В авиационной промышленности они используются для создания турбинных лопаток, сопловых аппаратов и других деталей двигателей. В энергетике - для создания тепловых изоляционных материалов, керамических покрытий и компонентов, которые выдерживают высокие температуры в энергетических установках, таких как электростанции и ядерные реакторы. В металлургии жаропрочные материалы используются для создания печей и котлов.

Каждый тип материала имеет свои уникальные свойства и применяется в зависимости от конкретных требований и условий эксплуатации.

1. Основная часть

Жаропрочность — это способность материалов выдерживать высокие механические нагрузки в процессе работы при температурах, начиная от и выше [2]. Чаще всего жаропрочность характеризуется пределами ползучести и длительной прочности.

Рисунок 1 – Кривая ползучести, где I - неустановившаяся стадия, II -установившаяся стадия, III - стадия разрушения

Ползучестью называется явление непрерывно нарастающей деформации под действием постоянного напряжения. Типичная зависимость деформации от времени нагружения представлена в виде кривой (рис. 1).

Кривая ползучести состоит из трех участков, каждый из которых соответствует определённой стадии ползучести. Стадия I (неустановившаяся ползучесть) отличается постепенным затуханием скорости деформации до определенного постоянного значения. Стадия II (установившаяся ползучесть) – характеризуются постоянной скоростью деформации. На стадии III – стадии разрушения – скорость деформации нарастает до момента разрушения. Как правило, она непродолжительна и для деталей недопустима.

Под пределом ползучести понимается напряжение, под действием которого материал деформируется на определённую величину за определённое время при заданной температуре [1]. Обозначается , где t – температура (°С), – суммарное удлинение (%), – время (ч). Для определения предела ползучести испытуемый образец в течение длительного времени подвергают воздействию растягивающего усилия.

Предел длительной прочности – это напряжение, вызывающее разрушение материала при заданной температуре за определённое время. Обозначается , где индексы t и указывают температуру (°С) и время испытаний (ч). Для того чтобы определить предел длительной прочности, образец во время испытания доводят при данной температуре и напряжении до разрушения (рис. 2).

Рисунок 2 – Зависимость длительной прочности металла от времени в модельной (m) и натурной (n) средах

Большое влияние на жаропрочность материалов оказывают физико-химические и структурные факторы. К физико-химическим факторам относятся энергетическое состояние кристаллической решетки твердого раствора, включая дефекты кристаллической решетки, силы межатомной связи и электронную концентрацию. Важнейшими структурными факторами являются: величина зерен твердого раствора; протяженность и состояние границ зерен; количество, размер и форма частиц вторичных фаз; устойчивость твердого раствора; рост и коагуляция частиц продуктов его распада. Влияют на жаропрочность и некоторые технологические факторы: термомеханические параметры изготовления полуфабрикатов и режимы упрочняющей термической обработки.

Повышения жаропрочности достигают легированием твердого раствора, приводящим к увеличению энергии связи между атомами, в результате чего процессы диффузии и самодиффузии задерживаются, а температура рекристаллизации возрастает. Также прибегают к созданию у сплава специальной структуры, состоящей из вкрапленных в основной твердый раствор и по границам зерен дисперсных карбидных и особенно интерметаллидных фаз. Такая структура получается в результате закалки с высоких температур и последующего старения. Наличие равномерно распределенных дисперсных избыточных фаз затрудняет пластическую деформацию при высоких температурах. Чем крупнее зерно, тем выше жаропрочность [3].