строение (557054), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Дальнейшее развитие деформации облегчается. Рассмотренные способы перемещения дислокаций контролируются процессами диффузии, значения энергии активации установившейся ползучести и самодиффузии близки. Так, для алюминия энергии активации ползучести составляет 1,55 эВ, а энергия активации самодиффузии 1,4 эВ, для нмкеля — 2,83 и 2,90 эВ соответственно. Затрудняя диффузионную подвижность, можно снижать и скорость ползучести.
На стадии ускоренной ползучести преобладают процессы разупрочнения, происходит образование и развитие очагов разрушения. Увеличение скорости ползучести на третьей стадии связано как с процессами разупрочнения, так и с возрастанием напряжения из-за уменьшения рабочего сечения при интенсивном развитии микротрещин. При высоких температурах и длительном нагружении преобладает разрушение по границам зерен (рис. 98, а), а при г (?р по телу зерна (?, — температура равной прочности, при которой прочность границы и зерна одинакова). Низкая температура и высокие скорости деформации способствуют внугризеренному разрушению. В поликристаллических материалах ползучесть развивается благодаря перемещению дислокаций в зернах, зернограничному скольжению и диффузионному переносу (направленному переносу).
Скольжение по границам зерен представляет собой взаимный сдвиг зерен вдоль общих границ в узкой приграничной области. Вклад ползучести по границам зерен в общую деформацию увеличивается при повышении температуры. При длительных испытаниях происходит накопление признаков повреждаемости в виде трещин. Трещины, возникающие при ползучести, могут быть типа клиньев и пор. Трещины типа клиньев (рис. 98, б) возникают при более низких температурах и высоких напряжениях. Причиной возникновения клиновидных трещин принято считать концентрацию напряжений у стыка трех зерен при их относительном смещении друг относительно друга. Из-за смещения по границам возрастает концентрация напряжений у тройных границ, что повышает местное напряжение до значения теоретической прочности.
При наличии по границам зерен хрупких фаз, легкоплавких примесей, скопления вакансий, сопротивление отрыву в этих участках структуры будет существенно снижаться, что также облегчает разрушение. Возникновение трещин типа пор связано не только с проскаль- Рис. 98. Ползучесть металлов: а — крнва» ползучестн при Р, С, а сонэ(; 6 — изменение скорости ползучестн от времени( з — влияние температуры на характер крявых ползучестн прн с,<с,<с, .с, <с, к а = сопя! ~с се с Срэ Сбб Сбе реня сУератаенчя,е Ряс. 99, Зависимость действушп(его напряжения от времени до раэру шенка прн раэлнчнык температу.
рак с, <с, <с, <с. 1" чг ус тс бс сс (уг плеееееяю мрочняющая е сеаеаащея гегеиее ся е Рнс. 97. Переползание дислокаций: перемещение атомов с зкстрзплоскости в вакантный узел (а). обход дислокацией упроч- няшщей частнц» (6) Рнс. 98. Влияние температуры на характер разрушения н тип повреждений прв длнтельн ых испытан н ах: а — изменение прочности границы (с) н зерна (з) прн повышении температуры; 6 — трещвна типа клиньев, э — т)зещпна тина пор ! цн зыьаинйм по гра)(идам зерен, но и с выходом дислокаций на границу (рис. 98, 6). В этих условиях возникают округлые поры, которые растут за счет диффузии вакансий и их осаждения на порах. Рост и смыкание пор в процессе ползучести вызывают уменьшение рабочего сечения детали, ускоряю. щее окончательное разрушение, Длительная прочлосп)6.
Длительной прочностью называется сопротивление разрушению при длительном действии нагрузки и температуры. Рнс. )00. длительная прочность в простых а-т (а) н полулогарифмнчесянк а-(6 т (6) коордняетах В зависимости от условий работы длительная прочность может определяться за время от нескольких минут (для деталей некоторых типов ракет) до десятков и сотен тысяч часов (для гражданской авиации, стационарных теплосиловых установок). Схема влияния величины действующих напряжений и температуры испытания на время до разрушения представлена на рис.
99. Так, снижение действующего напряжения с ос до аз увеличивает время до разрушения с 109 до !08 с. Для никелевого сплава ЖС6К при температуре испытания 800'С снижение напряжения с 520 до 380 МПа увеличивает время до разрушения со 100 до 1000 ч. Такая зависимость справедлива для большинства металлов н сплавов. Длительная прочность при заданной температуре определяется испытанием образцов на растяжение при напряжениях различной величины.
По результатам испытаний строят зависимости в координатах и с, (рис. 100), о — 1дтр или 1яо — 1ятр. Может также устанавливаться связь между напряжением и временем, вызывающим определенную деформацию (рис, 100, б). Так например при и„ )оз Рнс. (О). Завнснмость (000.часовой прачностн от температуры длн молнбйеновых ()), ннкелевых (2), кобальтовых (4) сплавов, аустеннтны» сталей (4), тнтановых (б) н алюмннневых сплавов (б) увеличение времени испытания с т, до т, сопровождается ростом г деформации с еб,у до еол.
Такое зб() же увеличение деформации наблю- дается при повышении напряжения Ф г()() с ойдо о,. В некоторых случаях на кри- вой длительной прочности может то(г наблюдаться перегиб, связанный с переходом от внутризеренного агс) г()() р(г() с р к межзеренному разрушению. Межкристаллитные трещины и пустоты не образуются сразу после нагружения, их появление фиксируется после некоторой деформации при ползучести, величина которой зависит от состава, структуры, температуры испытания, действующего напряжения н других факторов. Склонность к межкристаллитному разрушению снижается при увеличении чистоты металла по примесям, которая обеспечивается применением вакуумного переплава или зонной очистки. Уменьшение количества примесей, сегрегаций, плотности включений по границам облегчает миграцию границ, которая задерживает или подавляет образование очагов разрушения.
Окружающая среда, влияя на структуру границ, проскальзывание и миграцию, может усиливать склонность к межзеренному разрушению. Длительная прочность зависит от состояния поверхности материала после механической обработки. Ее снижение при высоких температурах может иметь место в связи с возникновением после нерегламентированных режимов механической обработки больших остаточных напряжений, достигающих для никелевых сплавов 500... 600 МПа. Наличие шлифовочных трещин, прижогов также способствует снижению длительной прочности. При высоких температурах неблагоприятно влияет на длительную прочность наклеп, ускоряющий протекание диффузионных процессов и охрупчивание сплавов (например, в никелевых сплавах, из которых изготавливают лопатки турбин).
При умеренных температурах специально созданный поверхностный наклеп повышает не только сопротивление эрозии, усталости, но и длительную прочность !лопатки компрессора). Длительная прочность может быть повышена использованием ТМО, сочетающей малые степени деформации с последующей термообработкой, при которой создается организованная полигональная структура с благоприятно расположенными дислокациями, закрепленными фазами выделения. Для оценки свойств материалов в условиях ползучести и дли- но тельного иагружеиия пользуются такими понятиями, как предел ползучести и предел длительной прочности. Пределом ползучести называют напряжение, которое при выбранной температуре за определенный промежуток времени вызывает допустимую пластическую деформацию.
Например, о)00 О.бл ОΠ— — 300 МПа означает, что под действием напряжения 300 МПа за время !00 ч при 700 'С в детали или образце возникает остаточная деформация 0,5 %. Пределом длительной прочности называют напряжение, которое при заданной температуре вызовет разрушение неранее указанного времени. Например, о)0~ ~= 400 МПа означает, что под действием напряжения, равного 400 МПа при 700 'С, произойдет разрушение на срок службы не менее !00 ч. Длительная прочность за !000 ч для различных материалов представлена на рис. 1О!. й 6. Износостойкость материалов Изнашивание — это разрушение и удаление с поверхности частиц материала, сопровождаемое изменением размеров и формы тела.
Потеря работоспособности во многом определяется износом деталей конструкции, и повышение износостойкости является важной технической задачей. Интенсивность износа зависит от большого количества факторов, к которым относятся характер внешнего механического воздействия, физико-химические воздействия окружающей среды и свойства материалов, находящихся в контакте. В большинстве случаев имеет место нормальное окислительное изнашивание, характерное наличием на поверхности пар трения защитных оксидных пленок.
При наличии абразивных частиц в промежуточном веществе происходит пластическая деформация поверхностных слоев, т. е. нормальное абразивное изнашивание. Для этого вида изнашивания характерны три стадии. На первой стадии (стадия приработки) устраняются неровности на поверхности и скорость износа постепенно уменьшается. На второй стадии (установившегося изнашивания) скорость износа постоянна.
Третья стадия характеризуется ускорением износа и быстрым выходом детали из строя. Нормальное изнашивание является неизбежным спутником эксплуатации изделий и задачей конструктора является обеспечение нормального процесса изнашивания выбором материалов и условий работы. Все остальные виды изнашивания приводят к недопустимым повреждениям материала. В некоторых случаях (например, в зубчатых зацеплениях) может иметь место контактная усталость — накопление пластической деформации и появление признаков разрушения под воздействием циклических контактных нагрузок. Любой вид изнашивания связан с усталостью материала, так как в любом случае происходит многократное нагружение мате риала н имеет место локальная деформация в зоне контакта. Нормальное изнашивание затрагивает тончайшие поверхностные слои ( 10' нм).
В зоне непосредственного контакта толщиной 10» нм возникает особая, так называемая, вторичная структура, а под ней зона с деформированной структурой, насыщенной дислокацноннымн образованиями н другими дефектами, в связи с чем диффузия в этих местах сильно возрастает (на 5 ... 10 порядков). Для повышения нзносостойкостн используют конструкционные, технологические и эксплуатационные средства, направленные на недопущение всех видов нзнашивакня, кроме нормального изнашивания. Технологическими средствами повышения нзносостойкости являются уменьшение шероховатости поверхности, упрочнение поверхности слоев (ХТО, наклеп, нанесение покрытий н др.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
