Испытания при повышенных температурах

Испытания при повышенных температурах

Определение свойств металлов и сплавов при повышенных тем­пературах обусловлено широким применением высоких температур в различных отраслях техники. Поэтому в технические условия на металлы и сплавы, предназначенные для работы при повышенных температурах (жаропрочные металлы и сплавы), все чаще включают такие механические характеристики, как пределы прочности, те­кучести, выносливости при повышенных температурах, а также пределы ползучести и дли­тельной прочности. В пос­леднее время все большее распространение получает определение горячей твер­дости. Особенно важное значение имеют определе­ние пределов ползучести и длительной прочности.

Ползучестью на­зывают свойство металлов и сплавов медленно и не­прерывно деформировать­ся (удлиняться) под воз­действием постоянной длительно действующей на­грузки в процессе работы при высоких температурах. В зависимости от вида напряжен­ного состояния различают ползучесть при растяжении, изгибе и сложно-напряженном состоянии. Механической характеристикой при испытании на ползучесть является предел ползуче­сти σплн/м2. Пределом ползучести называют наибольшее напряже­ние, при котором скорость ползучести в течение определенного вре­мени и при определенной температуре не превышает значения, установленного техническими условиями (например, суммарное удлинение 0,1% за 1000, или 1% за 10 000 ч) — кривая ст, (рис. 6).

Кривые ползучести

Кривые ползучести

При испытании на ползучесть строят серию кривых удлине­ние — время пребывания под нагрузкой при заданной температуре и разных напряжениях (σ16 на рис. 6), называемых кривыми ползучести.

Чем выше нагрузка или напряжение при одной и той же темпе­ратуре, тем ползучесть наступает быстрее и проявляется полнее. Различные стадии процесса ползучести показаны на кривой σ2.

Участок Оа соответствует начальной упругой и пластической де­формациям, имеющим место при нагружении образца;

участок аб — начальной (замедленной) ползучести, протекающей с уменьшающейся скоростью;

участок бв — равномерной ползучести, протекающей с более или менее постоянной скоростью.

При больших нагрузках (кривые σ35) процесс ползучести идет быстрее и после равномер­ной деформации развивается ускоренная ползучесть (участок де на кривой σ3 и др.) которая заканчивается разрушением образца. Длительность испытания обычно ограничивают 1000—2500 ч с по­следующей экстраполяцией полученных данных к реальному сроку службы изделий.

Сопротивление металлов и сплавов разрушению под действием длительно приложенной нагрузки и высокой температуры называ­ют длительной прочностью.

При испытании на длительную прочность определяют время, необходимое для разрушения образца (при заданных постоянных температуре и напряжении), например, длительная прочность за 1000, 10000 ч и т. д. Механической характеристикой при испытании на длительную прочность является предел длительной прочности σDн/м2. Пределом длительной прочности назы­вают напряжение, вызывающее разрушение образца при определен­ной температуре и определенном времени нагружения. Наряду с определением длительной прочности, у жаропрочных сталей и спла­вов в последнее время изучают и длительную пластичность. Количе­ственными характеристиками при этом являются: относительное удлинение и относительное сужение площади поперечного сече­ния определяемые на разорвавшемся при длительном испытании образце. Кроме этого, проводят также испытания на выносливость (усталость) при повышенных температурах.

Механические испытания при повышенных температурах выпол­няют на машинах различных конструкций, например, ИП-2, ИП-4 и др.

В последнее время применяют кратковременные или длитель­ные испытания металлов и сплавов на горячую твердость. При этих испытаниях используют те же приборы, что и при опреде­лении холодной твердости; отличие состоит в том, что определение твердости производится у образцов, нагретых до заданных темпе­ратур.

Разработаны методы испытания на твердость при высоких тем­пературах (до 1300°) в вакууме, что дает возможность избежать по­верхностного окисления исследуемых образцов.

Механические характеристики: предел прочности при растя­жении σв, предел текучести σs, относительное удлинение δ, относи­тельное сужение площади поперечного сечения ψ, твердость H, ударная вязкость αн, предел выносливости σ-1 и другие являются основными механическими характеристиками, величина которых приводится в государственных стандартах (ГОСТ) и технических условиях (ТУ) на металлы и сплавы. Условия, в которых произво­дится определение этих характеристик (методика проведения испы­таний), также обусловлены ГОСТ и ТУ.