Общие сведения. Жаропрочными называются материалы, обладающие способностью сохранять повышенные механические свойства при высоких температурах за весь период эксплуатации

Жаропрочными называются материалы, обладающие способностью сохранять повышенные механические свойства при высоких температурах за весь период эксплуатации. Жаропрочностью называется свойство конст-рукционных материалов (главным образом металлических) выдерживать механические нагрузки при высоких температурах без разрушения и существенных деформаций в течение длительного времени.

Отличительная особенность жаропрочности заключается в следующем:

1) Развитие при статическом нагружении явления ползучести при напряжениях, меньших макроскопического предела текучести, в соответ-ствии с функциональной зависимостью σ_т от скорости деформации, установ-ленной Котреллом:

σ_т = k (έ)ⁿ (3. 1),

где έ – скорость деформации; k, n – константы, зависящие от прочности материала.

2) Сильная зависимость разрушающего напряжения от температуры эксплуатации и продолжительности приложения нагрузки (рисунки 3.1, 3.2). При этом,чем выше нагрузка, тем ниже разрушающее напряжение при заданном времени ее действия (рисунок 3.1).Напряжение, которое вызывает разрушение материала при быстрых испытаниях, может быть выше, чем при длительном воздействии нагрузки (рисунок 3.2).

Рисунок 3.1 – Зависимость сопротив-ления разрушению материалов от продолжительности испытания	Рисунок 3.2 – Зависимость времен-ного сопротивления железа от тем-пературы испытания

Несмотря на определенное сходство обычной (низкотемпературной) прочности и жаропрочности, между ними имеются существенные различия и – главное – влияние повышенной температуры, приводящей к тепловому расширению, активизации диффузионных процессов и термическому разупрочнению за счет возможного развития рекристаллизации.

Реальным способом борьбы с термическим разупрочнением является создание высоколегированных сплавов на основе тугоплавких металлов, поскольку между температурами рекристаллизации, плавления и степенью легирования существует следующая связь:

Т_р = α(с%)·Т_пл.,

где α – коэффициент, зависящий от содержания легирующего элемента (с%).

Для очень чистых металлов α·~ 0,2;

металлов технической чистоты α·~ 0,2-0,3;

низколегированных сплавов α·~ 0,3-0,4;

среднелегированных сплавов α·~ 0,5-0,6;

высоколегированных сплавов α·~ 0,7-0,8.

Практика разработки жаропрочных сплавов показывает, что влияние температурного фактора связано с его воздействием на сам механизм сопротивления материала пластической деформации и разрушению, особенно при температурах, больших 0,5-0,6 Т_пл., когда развивается диффузионная ползучесть. По этой причине к правильному выбору основы жаропрочных сплавов предъявляются особенно жесткие требования. В соответствии с общими принципами сохранения структурно-фазовой стабильности [1], в качестве основного компонента может быть использован металл со следующими характеристиками:

1) высокая температура плавления;

2) низкий коэффициент теплового расширения;

3) гранецентрированная кубическая решетка;

4) высокая способность к образованию концентрированных твердых растворов;

5) отсутствие полиморфного превращения.

Основное значение при выборе основы жаропрочного сплава имеют температура эксплуатации, величина приложенных напряжений и длительность работы под нагрузкой. В качестве примера приводится методика выбора, когда определяющим фактором является рабочая температура.