книги / Хрупкость и пластичность жаропрочных материалов

Скорость

дефор­ 400 500 550 600 650 700 750 800 900 1000 мации

V. %/ч

Сплав на N i —Со основе

Сплав на Ni—Со основе по испытаниям на длительный разрыв

Кц5 = -I T ' н (числитель),

т°р. г

2= п н- (знаменатель),

ва в. г

же время значение К чав не снижается ниже 0,5, что соответствует

максимальному снижению прочности в два раза.

Интенсивное падение деформационной способности на образцах с надрезом наблюдается при температурах, соответствующих хрупкому разрушению; интервал этих температур для образцов со спиральным надрезом несколько шире.

Проявление у образцов с надрезом склонности к хрупким разру­ шениям при более низких температурах по сравнению с гладкими образцами является результатом действия более высоких в данном случае нормальных напряжений. В таких условиях образование межзеренных дефектов и обращение их в микро- и макротрещины происходит за более короткое время — разрушение осуществ­ ляется при меньшем относительном удлинении (см. схему рис' 36, б).

При высоких «закритических» температурах локальные нап­

900° С. Следует отметить, что это повышение чувствительности для сплава на хромоникелькобальтовой основе при максимальных температурах испытания 900— 1000° С и при 750° С для ХН35ВТ (ЭИ612) происходит не в результате снижения пластичности об­ разцов с надрезом, а вследствие повышения пластичности при ис­ пытании гладких образцов; при указанных температурах факти­ чески наблюдается рост 6Т для обоих материалов. Повышение чувствительности к надрезу с температурой для стали 1Х18Н9Т (см. рис. 38) объясняется интенсивным развитием при темпера­ турах выше 500° С межзеренного разрушения.

Интересны данные об изменении чувствительности к спираль­ ному надрезу по пластичности, полученные для наклепанной стали 1Х18Н9Т, для которой действие концентратора наиболее эффектив­ но при относительно низких температурах (400° С). Увеличение температуры снижает чувствительность к спиральному надрезу. Подробно влияние наклепа на деформационную способность стали 1Х18Н9Т рассматривается в гл. IV

Наибольшую чувствительность к надрезу по деформацион­ ной способности в интервале 600—800° С показала сталь 4Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481).

Из табл. 12 и 13 следует, что в тех случаях, когда концентратор напряжения не создает упрочнения во всем сечении детали, все материалы в условиях высоких температур чувствительны к кон­ центрации напряжения по прочности. С увеличением времени до разрушения и возрастанием температуры чувствительность к спи­ ральному надрезу по прочности сохраняется примерно на одном уровне. У некоторых сплавов наблюдается тенденция к снижению

чувствительности (увеличение KloJ с повышением температуры.

О влиянии концентратора (спирального надреза) можно, кроме того, судить по результатам испытаний на длительную прочность. Спиральный надрез снижает длительную прочность (рис. 39

и табл. 13). Значения /(?,{}, определенные по уравнению (16), мало изменяются с увеличением времени до разрушения. Значения коэффициентов чувствительности по прочности для образцов оди­ наковой формы и при одинаковых температурах как при испыта­ ниях на длительный разрыв (/(чад), так и при опытах с постоянной

скоростью деформации (Кчоа) близки.

Чтобы предсказать деформационную способность при дей­ ствии концентратора, можно в первом приближении использо­ вать закономерности изменения относительного удлинения со скоростью или временем для гладких образцов (6) и образцов с надрезом (26). На основании данных испытаний при постоянных скоростях деформации можно построить диаграммы деформацион­ ной способности для случая, когда действует концентратор (спи­ ральный надрез). Для построения таких диаграмм типа пред­

ставленных на рис. 35 зависимости скорость деформации — пластичность экстраполируются в сторону меньших скоростей ползучести до минимальных относительных удлинений 6р и 6Т.

Рис. 39. Изменение длительной прочности стали 4Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481), определенное на гладких образцах (сплошная линия) и образцах со спиральным надрезом (пунктирная)

при температуре испытания (°С):

1 — 700; 2 — 800

Минимальные значения 6р и 6Т берут из диаграмм типа приведен­ ных на рис. 33 по линии И—Р Построение диаграмм деформацион­ ной способности подробно описано в гл. II.

Рис. 40. Диаграмма деформационной способности стали 4Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) при наличии концентратора напряже­ ния (спирального надреза). Построена на основании результа­ тов испытаний с постоянной скоростью деформации:

1 — 500; 2 — 600; 3 — 700; 4 — 800%/ч и результатам испытаний на длительную прочность; 5 — 600; 6 — 700

На основании проведенной экстраполяции можно предпола­ гать, что в случае действия концентратора, по эффективности близ­ кого к примененному, разрушение сплава на хромоникелькобальтовой основе (см. рис. 33) возможно при относительном удлине­ нии 0,4%. Для стали 4Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) (рис. 40). деформа-

характеризовать работу металла при постоянной нагрузке? На ос­ новании исследований на длительную прочность образцов со спиральным надрезом можно положительно ответить на этот вопрос. Пластическая деформация образцов в условиях испыта­ ний с постоянной нагрузкой, характеризуемая при разрушении величиной 6р, близка к величине 6Т (деформации до образования трещины) при испытаниях с постоянной скоростью. Этому спо­ собствует то, что при длительных высокотемпературных испыта­ ниях образование в надрезе трещин размером, фиксируемым диа­ граммой при испытаниях с постоянной скоростью, вызывает бы­ строе разрушение из-за резкого роста местного напряжения; пла­ стическая деформация при этом увеличивается незначительно.

кратковременно, например дисков транспортных газовых турбин [16, 119].

Однако положительное влияние наклепа значительно меньше отрицательных явлений, которые им вызываются. В практике работы энергооборудования известны многочисленные случаи хруп­ ких разрушений наклепанного материала: образование трещин на гибах труб пароперегревателей паровых котлов, на компенса­ торах газопроводов и др. [120, 121, 163].

И. И. Трунин [95, 105] исследовал влияние предварительной деформации на длительную прочность и пластичность аустенит­ ных трубных сталей 1Х18Н9Т, 1Х18Н12Т, 1Х14Н14В2М (ЭИ257), ЭИ694, ЭП17 при 610—660°С. Наклеп создавал упрочнение при от­

случаях, наоборот, наблюдалось снижение предела длительной прочности.

Данные об изменении пластичности аустенитных сталей, по­ лученные И. И. Труниным [95], приведены в табл. 14. Во всех случаях наклеп значительно снижает деформационную способ­ ность стали. С повышением степени предварительной пластиче­ ской деформации длительная пластичность уменьшается. Для некоторых материалов при длительности испытаний более 1000 ч удлинение составляло менее одного процента. На усиление склон­ ности металлов к хрупким разрушениям после предварительной пластической деформации указывается в других исследованиях [117, 118, 122]; в них также отмечается прогрессирующее с увели­ чением времени испытания снижение относительного удли­ нения.

О влиянии предварительной пластической деформации на раз­ витие склонности к хрупким разрушениям аустенитной стали можно судить по данным исследований деформационной способ­ ности стали 1Х18Н9Т при испытаниях с постоянной скоростью деформации.

Сопоставление результатов испытаний металлов, подвергав­ шихся различной предварительной деформации (0; 18; 34 и 50%), показало, что относительное удлинение при разрушении стали в значительной степени определяется как степенью наклепа, так и рабочей температурой металла. Из приведенных на рис. 42 данных следует, что для термически обработанного и наклепанного на 18% при 500° С металла 6р с понижением скорости деформации снижается незначительно, тогда как у металла, наклепанного на 34%, при этой же температуре пластичность интенсивно падает.

При 600° С деформационная способность металлов, получив­ ших разную степень наклепа, изменяется аналогично. Относитель­ ное удлинение во всем диапазоне скоростей, охваченных испыта­ ниями, у наклепанных материалов в три раза ниже, чем у терми­ чески обработанного.