Том 1. Прочность (1041446), страница 36
Текст из файла (страница 36)
П араметрическая зависимость позволяет по данным относительно кратковременных испытаний при более высоких температурах определять длительную прочность при более низких (эксплуа а- и тц онных) температурах. Для получения значения параметра необходимо иметь результаты нескольких испытаний при постоянном а) 1вв сг 1и с Рис. 6.4. Зависимость длительной прочности (а) и пластичности (б) от температуры и времени испытания до разрушения 177 напряжении, разных температурах и однотипном разрушении. При этом максимальная температура испытания не должна превышать рабочую более чем на 50 — 100 'С. Пластичность металла, оцениваемая по удлинению образцов до разрушения, существенно зависит от характера разрушения (рис.
6.4, б). При вязком разрушении происходит монотонное уменьшение пластичности 250 по мере увеличения времени до !5Х!251!1Р разрушения, При переходе от 200 вязкого разрушения к хрупкому 1Х!6015й26 межзеренному (!а, 2с) пластичность резко снижается.
Разру1Х15 !иения канструкггий, в пгом чис!Оо ц ле и сварных, при высоких тем- 22К пературах, как правило, проис- 50 15х!и!ар 12х156!О ходят без заметной !гласпгичеГа ала 20 12Х1!Ч01 ской деформации, т. е. хрупко. о Изучение причин хрупкости по 450 500 550 600 650 700 Т'С результатам испытаний на длительную прочность требует большого времени и затруднено разбросом значений пластической деформации. Более стабильные результаты по высокотемпературной пластичности могут быть получены за сравнительно короткие промежутки времени при испытаниях с постоянной скоростью деформации, обеспечиваемой равномерным перемещением захватов машины.
Установлены закономерности изменения пластичности при высоких температурах. При 150 Рис. 6.6. Пределы длительной проч ности а „для мегаллов в зависимо 1оа сти от температуры а1 вал !сгЛа 50 40 о 5! ба а, !"1Ла 500 10 250 200 150 !20 100 60 20 25 50 55 40 45 Р10 ~ !7 16 !О 20 21 Р.10 ~ Рис. 6.6. Зависимость между пределом длительной прочности и параметром Л,; сана — Миллера: а — для иержавеющеи стали в области температур 650 — 970 'С; б — для стали 1бх1М!Ф относительно невысоких температурах в случае вязкого разрушения пластичность снижается с уменьшением скорости деформации.
Однако это снижение невелико. При более высоких температурах с уменьшением скорости деформации происходит переход к межзеренному разрушению, что влечет за собой существенное умень- 178 шение пластичности. В'некотором диапазоне скоростей дефор„ац пластичность достигает минимума, и при дальнейшем уменьшении скорости либо не меняется, либо слабо повышается. Значение минимальной пластичности может быть одним из критериев склонности стали к хрупкому разрушению.
При испытаниях с постоянной скоростью деформации, но различных температурах пластичность имеет минимум, положение которого смещается в область более низких температур при меньшей скорости деформации. В перлитных сталях минимальная пластичность наблюдается в области 500 †6 'С и составляет 3 — 5 % . А устенитные стали более склонны к хрупким разрушениям. Минимальная пластичность у них составляет доли процента в диапазоне 550 †6 'С.
У сплавов на никелевой основе пластичность падает при 600 — 750 'С. Значения минимальной пластичности определяются характером легирования, структурой, зависящей от термической обработки, предварительной пластической деформацией, которая снижает пластичность. Концентраторы напряжений снижают прочность и пластич- Рис. 6.7. Кривая релаксации ность при высоких температурах. Чувствительность материала к концентрации напряжений выявляется при растяжении цилиндрических образцов со спиральным надрезом и оценивается следующими коэффициентами: К,=о, „„/о„„ Кб = о„!'о„ (6.4) (6.5) где а, „, б„— длительная прочность и пластичность надрезанного образца; о,„„, б, — то же, гладкого образца.
Значения К, находятся в пределах 0,5 — 1, а Кб может изменяться в большом диапазоне от 0,8 до 0,04; особенно низкие значения Кб у высокопрочных аустенитных сталей и сплавов на никелевой основе. Процесс простой релаксации протекает при постоянной полной деформации, которая включает в себя упругую и пластическую составляющие: пав = о~Е+ еп„ (6:6) 179 где оа — начальное напряжение, вызывающее полную деформацию оа/Е; о/Š— упругая составляющая деформации, переменная во времени; е„, — пластическая деформация ползучести. Упругая составляющая деформации непрерывно уменьшается, а пластическая — увеличивается.
Характер кривой о при постоянной температуре показан на рис 6 7 Для сварных конструкций процесс релаксации напряжений представляет интерес как средство снижения собственных остаточных напряжений после сварки (см. гл. 7), э 2. Свойства сварных соединений при высоких температурах Свойства сварных соединений при высоких температурах эксплуатации отличаются от свойств основного металла при тех же температурах главным образом по двум причинам. 1. В сварных соединениях возникают участки ~металл шва и зоны термического влияния) с иными механическими свойствами, чем у основного металла.
Отличия обусловлены иным химическим составом металла шва и его структурой по сравнению с основным металлом. В зонах термического влияния могут происходить глубокие изменения вследствие ослабления границ зерен в результате перегрева, дисперсионного упрочнения этих зон в процессе действия рабочих температур. 2. В сварных соединениях возникает концентрация напряжений, которая при высоких температурах действует как фактор концентрации пластических деформаций ползучести и как фактор постоянно действующего напряжения в местах объемных схем напряженного состояния, где ползучесть затруднена. Оценка механических свойств шва и зон термического влияния в отдельности не может дать ответа на вопрос о поведении сварного соединения в целом, так как при высоких температурах в процессе ползучести металла происходит сложное механическое взаимодействие отдельных зон, приводящее как к исчерпанию пластичности металла некоторых мест, так и к образованию объемных напряжений в прослойках с последующим хрупким разрушением.
Неоднородность механических свойств, обусловленная условиями сварки, реакцией основного металла на термический цикл, выбором присадочных металлов, может быть уменьшена термической обработкой. Предел ползучести сварного соединения, который характеризует сопротивление ползучести на установившейся стадии, обычно не определяют, так как участок сварного соединения составляет лишь неболыпую часть сварной конструкции и не может оказать заметного влияния на общее изменение его при эксплуатации. Предел ползучести отдельно для металла шва определяют, чтобы выбрать такую композицию шва, которая обеспечивает предел ползучести, не уступающий основному металлу. Для этого достаточно провести сравнительное испытание образцов разных составов при температуре эксплуатации и одном уровне напряжений.
Главными свойствами сварных соединений являются длительная прочность и пластичность. Представление об уровне длительной прочности основного металла, металла шва и сварных соединений дают результаты испытаний, приведенные в табл. 6.1. Сварные соединения для определения длительной прочности чаще всего испытывают на одноосное растяжение. Образец включает 180 Таблица 6,1 Пределы длительной прочности основного металла, металла шва и сварных соединений аа „, МПа Основной металл Металл шва Сварное соединение Марка стали Тип влектрода длительность С, ч исп' 1Са 1С4 1йа ! 1(Л 1С4 1Са ~ Иа 1С» !Са 20 15ХМ 12Х1МФ 12Х18Н12Т Х15НЗЗВЗТ 170 !25 80 240 165 110 170 120 80 130 100 70 240 200 160 170 125 80 210 140 90 240 165 !20 260 !70 110 170 130 100 190 130 80 !30 !00 70 !80 140 100 240 210 185 260 210 170 Э42А ЭХМ ЭХМФ ЭА1М2Фа ЭА4ВЗБ2 420 510 565 650 650 Длительная прочность сварных соединений термически упрочненных сталей может быть существенно ниже вследствие разупрочнения в зонах термического влияния.
В хромомолибденованадиевых сталях разупрочняется участок высокого отпуска и неполной перекристаллизации, в аустенитных сталях и сплавах с интерметаллидным упрочнением — участок вблизи линии сплавления, нагреваемый до температур аустенизации. Зоной разупрочнения может быть и сам шов, если не обеспечена его равнопрочность основному металлу, что обычно более вероятно в сталях с высокой степенью легирования.
Разупрочненные участки выступают в роли мягких прослоек (см. гл. 3). Общая закономерность подкрепляющего действия соседних более прочных участков на мягкую прослойку при высоких температурах сохраняется, если разрушение прослойки 181 в себя металл шва, околошовные зоны и основной металл.
Такое испытание при расположении шва поперек образца позволяет выявить наименее прочный участок, а при расположении шва вдоль образца — наименее пластичный участок сварного соединения. При таких испытаниях из-за малого сечения цилиндрического образца не удается в полной мере выявить эффект контактного упрочнения и возможную локализацию пластических деформаций в отдельных зонах, а также пластичность отдельных очень узких участков, так как общее удлинение образца регистрируется как сумма пластических деформаций гсех зон.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
