При температурах эксплуатации ниже порога хладноломкости металл применять не следует.
Жаропрочность.
Жаропрочность - способность материала сопротивляться воздействию внешних нагрузок при высоких температурах.
Основными критериями для оценки жаропрочных свойств являются: высокотемпературная прочность, предел длительной прочности и предел ползучести.
Учитывая, что при высоких температурах прочностные характеристики металлов и сплавов значительно снижаются, дополнительно для жаропрочных материалов вводятся следующие количественные характеристики:
-- Высокотемпературная (горячая) прочность – максимальное напряжение, которое выдерживает образец при рабочей температуре.
Обозначается σ t в . Измеряется в МПа.
-- Предел длительной прочности – напряжение, которое приводит к разрушению образца при рабочей температуре за время, соответствующее условиям эксплуатации.
Обозначается σ t τ . Измеряется в МПа.
Материалы, работающие в условиях высоких температур при одновременном воздействии внешних нагрузок, подвержены еще и такому явлению как ползучесть.
Ползучесть - медленная пластическая деформация материала под нагрузкой, не превышающей предела текучести, приводящая к разрушению при высоких температурах.
Опасность разрушения материалов, работающих при высоких температурах, вследствие ползучести распространяется практически на все жаропрочные материалы. В связи с этим, важным критерием, оценивающим рабочие свойства металлов при высоких температурах, является предел ползучести.
Предел ползучести – напряжение, вызывающее суммарную деформацию за определенное время при заданной температуре.
Обозначается σ t ε / τ , где t – рабочая температура, °С
ε - суммарная деформация (удлинение), %
τ - время, час.
Измеряется в МПа.
При определении предела ползучести для деталей, длительное время работающих при повышенных температурах, обычно задается скорость ползучести на установившейся стадии процесса, например, 0,1% за 104 ч или за 105 ч и определяется величина напряжения.
Срок службы, на который рассчитана машина или механизм, определяет выбор критерия жаропрочности и материала для их изготовления.
В соответствии с некоторыми рекомендациями срок службы ряда жаропрочных конструкций в зависимости от назначения составляет:
- для ракет и их силовых установок 1ч.;
- для силовых установок самолетов-истребителей 100ч.;
- для газовых турбин локомотивов и судов 10000ч.;
- для газовых турбин стационарных силовых установок 30000ч.;
- для паровых турбин стационарных силовых установок 100000 ч.
Жаростойкость.
Жаростойкость (окалиностойкость) - способность металла сопротивляться воздействию газовой среды при высоких температурах.
Основным фактором, влияющим на жаростойкость, является химический состав материала, определяющий защитные свойства поверхностной оксидной пленки.
Усталость.
Усталость – процесс постепенного накопления повреждений в металле под воздействием знакопеременных и циклических нагрузок, приводящих к образованию и развитию усталостных трещин.
Усталостные характеристики обычно определяют при испытании образцов круглого сечения на изгиб с вращением. Испытывают серию образцов при различной нагрузке и определяют напряжение, при котором произошло разрушение образца, а также число циклов нагружения.
Максимальным σmax или минимальным σmin напряжением цикла является наибольшее или наименьшее по величине напряжение (по модулю). Характеристикой цикла служит коэффициент ассиметрии:
R = σ min / σ max
В случае
σ min = σ max , R = - 1
В этом случае цикл является симметричным. При необходимости, в зависимости от условий работы деталей, испытания могут проводить как при комнатной, так и при высоких и низких температурах, при симметричных и асимметричных циклах, при наличии или отсутствии агрессивных сред и т.д.
После испытаний образцов строят кривую усталости – график зависимости максимального напряжения от числа циклов нагружения до разрушения. По кривым усталости определяют предел усталости (выносливости).
Величина предела выносливости является количественной характеристикой усталости.
Предел усталости (выносливости) – наибольшее напряжение цикла, которое выдерживает металл без разрушения.
Обозначается σ -1 . Измеряется в МПа.
Другой и важной характеристикой выносливости металла при циклических нагрузках является усталостная долговечность – число циклов нагружения перед разрушением при заданном напряжении.
Обозначается N .
Износостойкость.
Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление износу, постепенному изменению размеров и формы деталей, работающих в условиях трения.
Испытания на износ проводят на образцах в лабораторных условиях, а испытания деталей – в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации. Величину износа образцов или деталей определяют различными способами: измерением размеров, взвешиванием и другими методами.