Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Способность материала при повышенных температурах длительное время сопротивляться деформированию и разрушению называют жаропрочностью.
При высоких температурах напряжение разрушения металла сильно зависит от продолжительности действия нагрузки (рис. 1.13). При длительном приложении нагрузки оно существенно ниже, чем при кратковременном ее действии, С повышением температуры напряжение, при котором происходит разрушение металлов и сплавов, снижается,
Атомы металлов и сплавов в кристаллической решетке совершают колебательные движения, при этом чем выше температура нагрева металла, тем больше амплитуда колебаний, больше среднее расстояние между атомами в металле. Отдельные атомы могут покидать свои узлы кристаллической решетки, оставляя их свободными, другие могут меняться местами. Этот процесс перемещения атомов под влиянием нагрева называется диффузией, а для чистых металлов — самодиффузией. С возрастанием температуры кристаллическая решетка может перестраиваться в другую, более устойчивую при данной температуре решетку. Это явление существования металла в различных атомно-кристаллических состояниях называется полиморфизмом.
С повышением температуры возрастают концентрация вакансий и диффузионная подвижность атомов. Диффузионный механизм переползания дислокаций способствует снижению эффективности действия стопоров и, следовательно, снижению степени дисперсионного упрочнения металла. Длительное воздействие температуры сопровождается существенными структурными изменениями, приводящими к разупрочнению: коалесценцией выделений упрочняющей фазы, потерей когерентности, возвратом и рекристаллизацией. Если при повышенной температуре подвергнуть металл воздействию постоянного напряжения (ниже предела текучести) в продолжение длительного времени, то металл будет деформироваться с определенной скоростью. Это явление представляет собой ползучесть. Разрушению при высоких температурах предшествует деформация ползучести, что позволяет использовать конструкцию в течение ограниченного времени при нагрузках, существенно превышающих нагрузки, допустимые при длительной эксплуатации (рис. 1.14).
Таким образом, при повышенных температурах прочность материалов (жаропрочность) определяется двумя факторами — температурой и временем (рис. 1.15).
Предел длительной прочности характеризуется временем до разрушения при фиксированном напряженном состоянии и при заданной температуре. Чем больше действующее напряжение, тем меньше времени проходит до разрушения металла. Деформация в момент, непосредственно предшествующий разрушению (накопленная деформация ползучести), обычно тем меньше, чем больше время до разрушения.
Увеличение жаропрочности достигается за счет повышения прочности межатомных связей, снижения диффузионной подвижности атомов и ограничения подвижности дислокаций. Это осуществляется легированием твердого раствора основы сплава — матрицы — элементами с низкой диффузионной подвижностью, формированием гетерофазной структуры с выделениями высокостабильной мелкодисперсной упрочняющей фазы, увеличением размеров зерен, повышением прочности границ, стабильности структуры, переходом к формированию монокристаллической и направленной структур кристаллизации.