» » Влияние химического состава жидкого металла на длительную прочность
11.01.2015

Степень воздействия жидкого металла на твердый при испытании на длительную прочность зависит от химического состава жидкого металла. Присутствие в нем других металлических компонентов может усилить или ослабить эффект воздействия. Такие изменения могут быть связаны с изменением величины межфазовой поверхностной энергии границы твердый — жидкий металлы. Например, добавление к жидкому свинцу висмута приводит к уменьшению свободной энергии границы его с твердой медью. Соответственно при испытании меди на длительную прочность в сплавах свинца с висмутом наблюдается непрерывное увеличение времени до разрушения при постоянном напряжении в направлении изменения состава сплавов от преобладающего содержания висмута до преобладающего содержания свинца (см. рис. 137, а).
Влияние на длительную прочность твердого металла в жидком оказывают также и неметаллические примеси в последнем. Одной из примесей, усиливающих коррозионное воздействие некоторых жидких металлов, является кислород. На рис. 102 изображена диаграмма длительной прочности сплава на никелевой основе марки ЭИ765 на воздухе и в натрии, чистом и сильно загрязненном кислородом. Из рисунка видно, что сплав имеет одинаковую длительную прочность на воздухе и в чистом натрии. Загрязнение жидкого металла кислородом вызывает резкое снижение длительной прочности сплава. Так, например, предел длительной прочности за 1000 ч сплава ЭИ765 нa воздухе и в чистом натрии равен 20 кг/мм2, а в загрязненном натрии — всего лишь 8 кг/мм2.
Влияние химического состава жидкого металла на длительную прочность

Снижение длительной прочности вследствие высокого содержания кислорода в натрии установлено также при испытании никелевого сплава ЭИ869 при температуре 750°, стали ЭИ851 при 700° и стали Х2М при 593° С. В отличие от этих опытов С.Т. Кишкин и Г.П. Бенедиктова наблюдали увеличение длительной прочности сплавов ЭИ437А и ЭИ617 при температуре 1000° С и стали 1Х18Н9Т при 900° С в неочищенном жидком натрии, содержащем углерод, по сравнению с длительной прочностью на воздухе. На рис. 103, а показаны результаты испытаний сплава на ЭИ617. Видно, что при всех значениях напряжения время до разрушения образцов в натрии выше, чем на воздухе. Вследствие этого предел длительной прочности сплавa за 100 ч в неочищенном натрии более чем в два раза превышает соответствующий предел на воздухе.
Испытания сплава ЭИ617 в чистом натрии показали, что временная зависимость прочности в этом случае совпадает с полученной на воздухе. Металлографический анализ разрушенных образцов позволил обнаружить наличие на их поверхности со стороны неочищенного натрия диффузионной зоны, твердость которой выше твердости исходного материала. Был произведен рентгеноструктурный анализ осадков, электролитически выделенных из поверхностных слоев образца сплава ЭИ617, находившегося в контакте с натрием в течение 25 ч. Установлено, что в поверхностном слое образуются карбиды типа Ме23С6 и нитрид титана. Присутствие этих фаз в сплаве приводит к его упрочнению и понижению способности к пластической деформации — к снижению скорости ползучести.
Влияние химического состава жидкого металла на длительную прочность

Пo истечении одинаковых промежутков времени образец, испытывающийся в загрязненном натрии, имеет меньшee относительное удлинение, чем образец, испытывающийся на воздухе при том же начальном напряжении. Это различие в относительном удлинении сохраняется в течение всего испытания вплоть до разрушения образца. Существенное уменьшение относительного удлинения при разрыве образцов, разрушенных в неочищенном натрии, видно из рис. 103, б. Так, если разрушение образцов сплава ЭИ617 на воздухе происходит при удлинении от 40 до почти 80%, то в натрии — лишь при 15—20%. В результате значительной скорости ползучести образцов на воздухе, сопровождающейся образованием шейки, их испытание на длительную прочность происходит при резко возрастающем со временем истинном напряжении. Пo расчетам, представленным в работе, к моменту разрушения истинное напряжение у образцов сплава ЭИ617 превышает начальное более чем в два раза. В отличие от испытываемых на воздухе образцы, находящиеся в соприкосновении с неочищенным натрием, деформируются в меньшей степени и соответственно истинное напряжение увеличивается меньше. Это увеличение к концу испытания (100 ч) составляет лишь 25% начального напряжения.
Таким образом, присутствие в натрии углерода и, по-видимому, азота приводит к образованию на поверхности материала диффузионного слоя, который вызывает повышение длительной прочности из-за менее интенсивного роста со временем истинных напряжений. Указанные примеси в натрии образовались во время опытов из органических веществ (керосин, масло и т. д.), в которых хранится натрий и от которых он не был очищен. Обнаруженное в работах увеличение прочности материалов в неочищенном натрии при сравнительно кратковременных испытаниях будет отсутствовать, по мнению авторов, в опытах большой продолжительности, если материал обнаруживает при этом резкую потерю пластичности. Упрочнения никелевых сплавов не наблюдается уже при длительности испытания около 500 ч.