Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Величина эффекта воздействия жидкого металла на процесс ползучести твердого существенно зависит от температуры. Влияние температуры установлено в опытах с моно- и поликристаллами. В табл. 47 приведены результаты испытаний на ползучесть при различных температурах монокристаллов цинка, чистых и покрытых оловом.
Образцам задавалось напряжение, составляющее 0,7/0,8 предела текучести при соответствующей температуре. Данные табл. 47 показывают, что с повышением температуры эффект воздействия жидкого олова увеличивается. Испытанием монокристаллов цинка при 200° С обнаружено уменьшение скорости ползучести, являющееся следствием действия твердой поверхностной металлической пленки, затрудняющей выход дислокаций на поверхность образца.
На рис. 109 представлены температурные зависимости скорости установившейся ползучести металлов в поли-кристаллическом состоянии для меди и армко-железа. Испытывались образцы с толщиной стенки 0,5 мм. Условия испытания в жидком металле были статическими изотермическими. Целью испытаний была проверка применимости к результатам опытов в жидкометаллической среде экспоненциальной зависимости скорости установившейся ползучести от величины обратной температуры, хорошо соблюдающейся в отсутствие влияния среды:
где T — абсолютная температура; Q* — энергия активации ползучести; R — газовая постоянная; v0 — коэффициент, не зависящий от температуры.
Уравнение (162) применимо к результатам испытания на ползучесть при разных температурах, но одинаковом напряжении. Поэтому скорость ползучести меди в жидком висмуте определялась при постоянном напряжении, равном 4 кг/мм2, а скорость ползучести армко-железа в цинке — при напряжении 7 кг/мм2. Так как напряжение 7 кг/mm2 для железа при испытании на воздухе в интересующем интервале температур является слишком низким и определить скорость ползучести под его действием практически невозможно ввиду чрезвычайно большой длительности опытов, был разработан метод расчета скорости ползучести, основывающийся на использовании двух эмпирических уравнений: зависимости скорости ползучести от напряжения (159) и от температуры (162). Предполагая, что коэффициенты в уравнениях (159) и (162) являются некоторыми функциями температуры и напряжения соответственно, можно записать тождество
Последовательно дифференцируя его по σ и по T, получаем равенства
Из уравнения (165) следует, что
где α*, β* и γ* — постоянные материала, не зависящие от температуры и напряжения.
Для определения v0 (σ) из уравнений (166), (167) и (164) получим линейное дифференциальное уравнение
решение которого находим в виде
Из уравнений (163), (166), (167) и (169) получаем
Окончательно обобщенное уравнение, описывающее зависимость скорости установившейся ползучести от напряжения и температуры, записывается в форме
Используя уравнения (167) и (171), можно по двум экспериментально определенным изотермам «скорость ползучести — напряжение» найти четыре постоянные уравнения (172), а затем построить температурную зависимость скорости ползучести при любом интересующем напряжении. Такие вычисления были проведены для армко-железа, при этом использовались результаты испытаний при температурах 400 и 500° С.
Установлено, что обобщенное уравнение ползучести для него имеет вид
Возвратимся теперь к графикам на рис. 109. Видно, что действие адсорбционно-активного жидкого металла — висмута — на медь не вызывает изменения функциональной связи между скоростью установившейся ползучести и температурой. Однако его действие приводит к существенному возрастанию скорости ползучести, причем эффект тем больше, чем ниже температура. Облегчение пластической деформации в адсорбционно-активном расплаве выражается также в уменьшении энергии активации ползучести. Та величина для меди, деформирующейся под напряжением 4 кг/мм2, в инертной среде равна 42,5 ккал/г*атом, а под действием жидкого висмута снижается до 34,5ккал/г*атом.
Иной характер носит температурная зависимость скорости ползучести армко-железа в жидком цинке. В результате действия диффузионно-активного жидкого металла скорость ползучести также увеличивается при каждом избранном значении температуры, но экспоненциальная зависимость (162) не выполняется. Однако в этом случае, как и в предыдущем, влияние жидкого металла при низкой температуре относительно более сильное, чем при высокой. Причина такого влияния заключается в более полном протекании диффузионных процессов за время до разрушения при низкой температуре.
На рис. 110 представлены результаты исследования влияния температуры на эффект коррозионного воздействия жидкого натрия на сплав ЭИ827 в условиях ползучести, Методика испытаний была такой же, как и описанная ранее в гл. 2, разд. 2. Коррозионное воздействие натрия на материал при испытании по этой методике определялось термическим переносом массы, который был обусловлен перепадом температур (около 400° С) по высоте столба жидкого металла, находящегося во внутренней полости образца. Контрольные образцы были заполнены аргоном, герметизированы приваренной к входному отверстию пробкой и испытаны на воздухе.
Из рис. 110 видно, что при температуре 600° С жидкий натрий не оказывает влияния на скорость ползучести сплава ЭИ827. При более высокой температуре скорость ползучести в натрии выше, чем на воздухе при том же напряжении. С ростом температуры эффект воздействия расплавленного металла увеличивается. Это видно по увеличению расстояния между линиями lg v — lg σ для испытаний в натрии и на воздухе при повышении температуры, а также из данных табл. 48, в которой приведены значения коэффициентов снижения пределов ползучести в жидком металле. В табл. 48 помещены также результаты испытаний на ползучесть стали марки ЭИ612 на воздухе и в конвективном потоке лития, проведенных по такой же методике, как и сплава ЭИ827.
Данные таблицы показывают, что повышение температуры приводит к увеличению влияния натрия и лития на скорость ползучести обоих исследованных материалов. Однако следует заметить, что коррозионное влияние жидкого металла, так же как адсорбционное и диффузионное, характеризуется уменьшением эффекта при повышении температуры, если сопоставлять результаты испытаний на ползучесть при одинаковом значении напряжения. Такое заключение можно сделать, например, исходя из сопоставления относительного расположения линий на рис. 110.
- Общие закономерности ползучести твердых металлов в жидкометаллической среде
- Влияние химического состава твердого металла на длительную прочность
- Влияние химического состава жидкого металла на длительную прочность
- Влияние величины зерна на длительную прочность
- Влияние масштабного фактора на длительную прочность