Жаропрочность

Жаропрочность – это способность материала противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах. Напряжения, которые вызывают разрушение металла, сильно зависят от продолжительности приложения нагрузки. Чем выше температура металла, тем ниже разрушающее напряжение при данной продолжительности приложения нагрузки. При повышенной температуре прочность металла определяется двумя факторами – температурой и временем.

П ри приближении к температуре плавления прочность металла резко падает, так что его рабочая температура должна быть . Например, для молибдена температура плавления – 2600 С, а рабочая температура – С. Жаропрочные свойства определяется природой основного компонента, его легированием и режимами предшествующей термической обработки. Влияние легирования и термической обработки уменьшается с увеличением температур. На жаропрочность материала влияют внешние и внутренние факторы. Внешние: температура эксплуатации, внешние напряжения, окружающая агрессивная среда и облучение; внутренние: прочность механических связей и структурное состояние материала.

Жаростойкость характеризует сопротивление металла окислению при высоких температурах. Чтобы повысить жаростойкость стали, её легируют. Чем больше содержание хрома, алюминия и кремния, тем выше жаростойкость и рабочая температура.

Усталость

Усталость материала – это процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящий к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению. Свойство противостоять усталости называют выносливостью. Напряжение разрушения зависит от числа циклов и может быть существенно меньше предела прочности. В большинстве материалов предел упругости непрерывно падает при увеличении числа циклов.

Факторы, влияющие на усталость:

1. Состояние поверхности (Различные дефекты поверхности могут служить местами зарождения усталостных трещин. Различные способы упрочнения поверхности – цементации, озонтирование, поверхностный наклёп).

2. Действующие напряжения (избирательно влияют на стадии усталостного процесса – не участвуют в образовании усталостных трещин, но ускоряют их распространение).

3. Повышение температуры (уменьшает усталостную прочность, причём влияние температуры на усталостные процессы коррелируют с её влиянием на ползучесть).

Ползучесть

Ползучесть – это зависимость деформации от времени – процесс, развивающийся во времени при постоянном напряжении и температуре.

М еханизм ползучести: в начальный момент времени при нагружении материала происходит мгновенная деформация OA или OA’ (в зависимости от температуры). При этом происходит лавинообразное скольжение имеющихся в материале деформаций. Кроме того, инициируются источники Франка-Рида, а затем число перемещающихся дислокаций резко снижается. Низкотемпературная ползучесть происходит при температурах ниже температуры рекристаллизации. При таких температурах диффузионные процессы затруднены. Происходит скольжение определённых дислокаций, вызванных флуктуациями напряжений. При деформация составляет несколько процентов: , где – мгновенная деформация, t – время,  и  – константы.

Кривая высокотемпературной ползучести состоит из трёх участков:

1. Скорость деформации убывает со временем (неустановившаяся ползучесть).

2. Скорость деформации постоянная (установившаяся ползучесть).

3. Нарастающая скорость деформации (ускоренная ползучесть).

Третья стадия заканчивается разрушением. Разрушение при ползучести имеет межзёренный характер из-за накопления дефектов по границам.

Повышенная температура обычно характеризуется как температура, при которой развивается ползучесть.

Цементитные стали – стали с обогащённой углеродом поверхностью.

Улучшенные стали – стали, прошедшие закалку и высокий отпуск; содержание углерода в них 0.5-1 %

Рессорно-пружинные стали – стали, в которых делается упор на упругие свойства.

Шарикоподшипниковые стали – коррозионно-устойчивые и устойчивые против износа стали.

Стали мартенситного класса выдерживают большие температуры – до 400 ºС.

Стали аустенитного класса выдерживают температуры 650-700 ºС.

Тугоплавкие материалы: V, Cr, Ta, Nb, Mo, W. К примеру, температура плавления вольфрама – 3390 ºС, Ta, Nb и Mo – 2000-3000 ºС. Все эти металлы (кроме Cr) окисляются при больших температурах. Также происходит охрупчивание. Причиной этого является выделение второй фазы по границам зёрен.

Металлокерамика – спекшийся металлический порошок. Напримёр, твёрдые частицы карбида и пластичные кусочки Co дают прочный и пластичный материал. Температура плавления Al – 650ºС, а его рабочая температура – 130ºС. Рабочая же температура спечённого алюминиевого порошка – 500ºС; при этом это – очень пластичный материал.