При обсуждении прочности свойств металла при высоких температурах в качестве критерия чаще всего использовались отношения заданной абсолютной температуры к температуре плавления. Эту безразмерную величину называют гомологической температурой.
Зависимость деформации и механизма разрушения от времени проявления у большинства металлов при гомологической температуре ≈ 0,3 (Для Fe – T = 3000C). Свинец при комнатной температуре находится в высокотемпературных условиях.
При высоких температурах в металлах проявляется свойство ползучести – это явление увеличивает деформации материала с течением времени при постоянной нагрузке. Для определения прочности при высокой температуре проводят испытания на прочность и ползучесть. Зависимость деформации от времени называют кривой ползучести (Рис. 11.1), которую получают на установках (Рис. 11.2).
Рис. 11.1 Кривые ползучести.
В I скорость деформация после приложения нагрузки постепенно уменьшается.
Во II постоянная скорость деформаций.
В III ускоренная ползучесть, скорость деформации увеличивается со временем вплоть до разрушения.
Кроме испытаний на ползучесть для определенной прочности при высокой температуре применяются испытания на длительную прочность. По методике испытаний они отличаются тем, что в ходе испытаний регистрируется только время до разрушения.
Рис. 11.2 Схема испытаний на ползучесть.
Наиболее общим способом предоставления результатов испытаний на длительную прочность является построение кривых длительной прочности:
Рис. 11.3 Кривые длительной прочности.
Разрушение при высоких температурах могут носить вязкий внутризёренный характер, такой характер разрушений соответствует сравнительно невысоким температурам и большой длительности испытаний, при высоких температурах и больших нагрузках разрушение носит хрупкий межзёренный характер. Переход от вязкого разрушения к хрупкому сопровождается изломом кривой длительной прочности.
Концентраторы напряжения снижают пластичность как при высоких, так и при нормальных температурах.
Влияние структуры материала и его состава на жаропрочность
Жаропрочность повышается двумя способами:
Легирование элементами повышающими температуру рекристаллизации и температуру начала диффузионных процессов. Наличие легирующих элементов создает дополнительные фазы (карбиды или интерметаллиды), создает препятствия высокотемпературной ползучести.
Термообработка как правило включает в себя закалку позволяет получить высокодисперсные фазы пересыщенными твердыми растворами и последующий отпуск или старение, в ходе которых выделяются мелкодисперсные упрочняющие фазы. В процессе эксплуатации происходит коагуляция мелкодисперсных фаз и жаропрочность теряется.