» » Влияние температуры на длительную прочность
11.01.2015

Степень воздействия жидких металлов на твердые и условиях испытания на длительную прочность весьма существенно зависит от температуры.
Нa рис. 96, а приведены результаты испытания на длительную прочность меди марки M-1 на воздухе и в жидком висмуте при различных температурах. Испытывали трубчатые точечные образцы с внутренним диаметром 10 мм, толщиной стенки 0,5 мм и длиной 50 мм. До заполнения жидким металлом образцы проходили отжиг при 600° С в течение 2 ч в вакууме при давлении около 10в-4 мм рт. ст. Испытание на длительную прочность произведены в статических изотермических условиях по методике, изложенной ранее.
Обычно температурная зависимость времени до разрушения при постоянном напряжении в неактивной среде описывается, как показано С.Н. Курковым, Н.А. Одингом, Г.М. Бартеневым и др.
Влияние температуры на длительную прочность

Для выяснения, соблюдается ли зависимость типа (154) при воздействии на твердый металл жидкометаллической среды, испытания медных образцов при всех температурах проведены под постоянным напряжением, равным 4 кг/мм2. Как видно из рис. 96, а, экспериментальные данные хорошо укладываются на прямую линию в координатах «логарифм времени до разрушения — величина, обратная температуре». Следовательно, при адсорбционном характере воздействия жидкого металла экспоненциальная зависимость вида (154) соблюдается.
На рис. 96, а изображена также зависимость длительной прочности меди на воздухе. Видно, что при одинаковых значениях температуры время до разрушения меди в жидком висмуте меньше, чем на воздухе. Характерно также, что относительная разница между величинами времени до разрушения на воздухе и в жидком металле увеличивается с уменьшением температуры. Разный наклон линий, соответствующих испытаниям на воздухе и в висмуте, указывает на различие значений энергии активации процесса разрушения в неактивной среде и в жидком металле. Расчет показывает, что энергия активации разрушения меди при напряжении 4 кг/мм2 на воздухе равна 39,8 ккал/г*атом, а в висмуте — ккал/г*атом. Таким образом, адсорбционно-активный жидкий металл вызывает снижение энергии активации разрушения твердого металла в условиях испытания на длительную прочность.
Нa рис. 96, б представлены температурные зависимости длительной прочности армко-железа в жидком цинке и на воздухе. Испытания железа в цинке проводили (так же, как меди в висмуте) в статических изотермических условиях. Образцы отжигали при температуре 600° С в течение 2 ч в вакууме при давлении около 10в-4 мм рт. ст. Испытания на длительную прочность проведены при напряжении 7 кг/мм2. Значения времени до разрушения армко-железа на воздухе при том же напряжении и различных температурах не могли быть определены экспериментально для достаточно большого интервала температуры и поэтому получены расчетным путем с помощью зависимостей lg σ — Ig τ для температуры 400 и 500° С. Для расчета был применен метод, изложенный в работе, в соответствии с которым эмпирическое обобщенное уравнение длительной прочности имеет вид
Влияние температуры на длительную прочность

где α, β, γ и φ — постоянные материала. Они связаны с постоянными уравнения (151) соотношениями
Влияние температуры на длительную прочность

На основании экспериментальных данных по длительной прочности армко-железа при 400 и 500° С было найдено, что обобщенное уравнение для этого материала можно записать в форме
Влияние температуры на длительную прочность

В соответствии с уравнением (158) на рис. 96, б построена температурная зависимость длительной прочности армко-железа при напряжении 7 кг/мм2. Из графика видно, что экспоненциальная зависимость времени до разрушения от обратной температуры, справедливая для испытаний армко-железа в неактивной среде, не соблюдается в случае воздействия жидкого цинка.
Влияние температуры на длительную прочность

Рис. 96, б также показывает, что при постоянном напряжении различие в значениях времени до разрушения армко-железа на воздухе и в цинке возрастает с понижением температуры. Эта особенность влияния жидкого металла в данном случае связана с определяющей ролью диффузионного фактора. Так как с увеличением времени глубина слоя твердого металла, подвергшегося диффузионному воздействию среды, относительно быстрее возрастает, чем с увеличением температуры, то этим и объясняются отступление от экспоненциального закона длительной прочности и увеличение эффекта влияния жидкого металла и понижением температуры. Подробнее изменение температурной зависимости длительной прочности металла, обусловленное влиянием диффузионного фактора, рассмотрено ранее.
На рис. 97 приведены диаграммы длительной прочности сплава на никелевой основе марки ЭИ827 при температурах 600, 750, 800 и 900° С в жидком натрии и на воздухе. Испытания в натрии проводились по такой же методике, как и стали ЭИ612 в литии. Эффект воздействия жидкого металла в этом случае был вызван коррозионным процессом — термическим переносом массы. Об отсутствии адсорбционного и диффузионного влияния среды свидетельствуют результаты статических изотермических испытаний в натрии при 750° С (см. рис. 97). Коррозионное влияние натрия на сплав ЭИ827 проявляется, как видно из рис. 97, при температурах выше 600° С. Xaрактер влияния жидкого металла одинаков при всех температурах: во всех случаях происходит снижение длительной прочности сплава, причем величина относительного снижения возрастает с увеличением времени до разрушения. Степень влияния жидкого натрия на сплав тем больше, чем выше температура. Это хорошо видно из рис. 98, на котором изображена зависимость коэффициента снижения длительной прочности KσD от температуры.
Влияние температуры на длительную прочность

В табл. 45 представлены значения пределов длительной прочности сплава ЭИ612 на воздухе и в литии при температурах 700 и 1000° С. Испытания в жидком металле были проведены в условиях термического переноса массы. Из таблицы следует, что жидкий металл вызвал понижение длительной прочности сплава ЭИ612 при обеих температурах, но при 1000° С степень его влияния больше.
Влияние температуры на длительную прочность

Хотя из сопоставления величин коэффициентов снижения длительной прочности сплава ЭИ827 и стали ЭИ612 при разных температурах следует заключение об усилении коррозионного влияния жидкого металла с ростом температуры, однако если бы испытания были проведены при одинаковом напряжении и сопоставлялись значения времени до разрушения при разной температуре, то было бы сделано противоположное заключение. Убедиться в этом можно, рассматривая взаимное расположение линий на рис. 97.
Таким образом, адсорбционное, коррозионное и диффузионное воздействие жидкого металла на твердый в условиях испытания последнего на длительную прочность характеризуется качественно общей закономерностью, заключающейся в увеличении эффекта воздействия при понижении температуры, если сопоставлять данные для образцов, испытанных при одинаковом напряжении.