» » Влияние температуры на ползучесть
11.01.2015

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.
Влияние температуры на ползучесть

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:
Влияние температуры на ползучесть

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
Влияние температуры на ползучесть

Последовательно дифференцируя его по σ и по T, получаем равенства
Влияние температуры на ползучесть

Из уравнения (165) следует, что
Влияние температуры на ползучесть

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
Влияние температуры на ползучесть

решение которого находим в виде
Влияние температуры на ползучесть

Из уравнений (163), (166), (167) и (169) получаем
Влияние температуры на ползучесть

Окончательно обобщенное уравнение, описывающее зависимость скорости установившейся ползучести от напряжения и температуры, записывается в форме
Влияние температуры на ползучесть

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
Влияние температуры на ползучесть

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.
Влияние температуры на ползучесть

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.
Влияние температуры на ползучесть

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.