книги / Хрупкость и пластичность жаропрочных материалов

в зависимости от абсолютной деформации образца при увеличе­ ниях 500, 50 и 5. Для поддержания рычага нагружающего устрой­ ства в горизонтальном положении опору 17 периодически переме­ щают. Для этого на конце рычага установлены ртутные контакты 18, которые при отклонении рычага от горизонтали на 1° замы­ каются. При замыкании контактов срабатывает электродвига­ тель 17, перемещающий синхронно в нужном направлении опору рычага и арретир.

Механизмом, задающим скорость деформации образца, является коробка скоростей, которая устанавливается отдельно от машины. Коробка скоростей имеет синхронный электродвигатель 1, соеди­ ненный с червячной парой, которая приводит в движение четыре ступени, собранные из цилиндрических шестерен с безлюфтовым зацеплением 2. Каждая ступень коробки скоростей имеет сельсиндатчик 3, передающий вращение на сельсин-исполнитель 4, уста­ новленный на экстензометре машины. Одна коробка скоростей дает возможность подключения к ней сельсинов нескольких машин и обеспечивает получение скоростей деформации соответственно 10; 1,0; 0,1 и 0,01 мм/ч.

На машине 5ИМ можно испытывать образцы с расчетной длиной от 40 до 150 мм.

Передачу вращения от коробки скоростей к сельсину экстензометра 4 контролируют по перемещению стрелки, закрепленной на валу сельсина.

Задаваемую скорость деформации в процессе испытания про­ веряют через равные промежутки времени по показаниям микро­ метра с делением шкалы 0,01 мм и индикатора с делением шкалы 0,002 мм.

Кроме машины 5ИМ, для испытаний жаропрочных материалов при постоянных скоростях деформации применяют также другой тип установки, разработанной Н. Д. Зайцевым; в этой машине нагрузка осуществляется путем вертикального перемещения опоры рычага, конец которого постоянно закреплен, а усилия, дей­ ствующие на образец, замеряют с помощью динамометра, распо­ ложенного в месте крепления рычага. Установка последнего типа конструктивно более простая и имеет меньшие габариты, но на ней нет устройства для автоматической записи диаграммы деформа­ ция — усилие. По типу последней установки созданы машины, позволяющие развивать усилие до 30 т. На них можно испытывать образцы диаметром до 30 мм.

Интересная установка для испытаний на растяжение и сжатие разработана ФТИ АН УССР [78]. На ней можно проводить опыты при температурах от 1,4° К до 1500° К. Деформацию с заданной скоростью осуществляют путем перемещения захвата с помощью коробки скоростей, состоящей из червячных пар. Диапазон ско­ ростей деформации от 3,5 до 180%1ч. Нагрузка измеряется динамо­ метром и автоматически записывается на фотопластинке. Машина

снабжена высокотемпературной вакуумной печью и камерой для испытаний при отрицательных температурах.

В машине, предназначенной для испытаний с заданной ско­ ростью истинной деформации при температурах до 1200° К [89], применена оригинальная оптическая система. Луч света, проходя через отверстие в печи, отбрасывает тень от образца на экран. В случае несовпадения диаметра шейки заданной, соответствующей определенной скорости деформации, специальное устройство кор­ ректирует величину нагрузки.

ИЗМЕНЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО УДЛИНЕНИЯ С ТЕМПЕРАТУРОЙ

Для всех материалов, проявляющих склонность к хрупким разрушениям в области высоких температур, изменение относи-

тельного удлинения с повышением температуры при постоянной скорости деформации в полулогарифмических координатах изоб­ ражается V-образной кривой (рис. 12, а, б и схема рис. 13, б). Чем меньше скорость деформации при испытании, тем ниже мини-

34

Минимальная пластическая деформация тем меньше, чем ниже температура испытания, но эта деформация должна быть накоп­ лена в результате ползучести, протекающей со значительно мень­ шей скоростью, т. е. за более продолжительное время, в течение которого возможно образование на границах зерен несплошностей и их развитие в трещины.

По достижении минимума восходящие ветви V-образных кри­ вых либо сливаются в одну общую линию, либо расходятся. В последнем случае кривые, соответствующие меньшим скоростям

ветвей V-образных кривых свидетельствует о том, что после дости­ жения минимума относительное удлинение не зависит от скорости деформации. Такой случай соответствует изменению деформацион­ ной способности, показанному на схеме рис. 13, в. Нижние горизон­ тальные участки соответствуют минимальной пластичности для данной температуры. Для материалов,, у которых восходящие ветви V-образных кривых расходятся и смещаются с уменьшением скорости деформации в сторону понижения температуры, после достижения минимального относительного удлинения начинается подъем пластичности в соответствии с рис. 13, г.

На основании данных по изменению относительного удлинения со скоростью и температурой в принципе может быть построена объемная диаграмма изменения пластичности. Такого типа диа­ грамма для интервала появления склонности к хрупким разруше­ ниям вследствие межзеренного разрушения показана на рис. 13, д. Глубина, направление и протяженность минимума относительного удлинения характеризуют свойства данного материала при раз­ личных условиях работы.

Нарушение закономерности в изменении относительного удли­ нения материала с повышением температуры (излом V-образной кривой) является следствием изменений в механизме межзеренного разрушения. Для таких условий может быть определена критиче­ ская температура (Т°к м). Под критической температурой в данном

случае понимается температура, при которой при определенной скорости деформации прекращается падение относительного удли­ нения и начинается его подъем (точка пересечения нисходящей ветви V-образной кривой с линией Р —Р, рис. 12, 13, б). Критиче­ ские температуры Тк, м для материалов, состав которых указан в табл. 5 приведены в табл. 6.

Аналогично относительному удлинению при испытаниях с по­ стоянной скоростью изменяется и другая характеристика, позво­ ляющая судить о пластических свойствах стали, — поперечное сужение (рис. 14). Для поперечного сужения получаются V-образ- ные кривые такого же типа. Поперечное сужение меняется больше, поскольку исходные его значения при вязком разрушении выше,

38

чем относительного удлинения, а при хрупком разрушении обе величины имеют близкие значения. Разброс значений поперечного сужения несколько больше, чем для удлинения, что частично можно объяснить, меньшей точностью его определения, особенно при хрупких разрушениях. Минимум V-образных кривых для

Т А Б Л И Ц А 6

Критические температуры Тк М°С некоторых жаропрочных металлов при разных скоростях деформации

Скорость деформации, %/у

Сплав на хромоникелько840 — — — 775 720 — бальтовой основе

поперечного сужения достигается примерно при тех же темпера­ турах, которые были получены для относительного удлинения.

Несколько иной вид имеет зависимость относительное удлине­ ние — температура у некоторых перлитных (рис. Ш, а) и мартен­ ситных (рис. 15, б) сталей: кроме участков в области температур 500° С и выше, при которых обычно проявляется склонность к хрупким разрушениям у жаропрочных сталей, наблюдаются минимумы пластичности в интервале 100—400° С. Предел прочно­ сти при испытаниях с малой скоростью деформации выше, чем при кратковременных испытаниях, т. е. минимумы пластичности соот­ ветствуют максимуму прочности.

Микроструктурный анализ образцов после испытания указы­ вает на то, что разрушение имеет виутризеренный характер.

Из анализа данных, полученных при испытании образцов, сле­ дует, что падение пластичности в интервале 100—400° С является следствием деформационного старения.

Ф Л _

Рис. 14. Изменение поперечного сужения стали 25X1МФ (ЭИ 10) в зависимости от температуры.

Скорость деформациии, %/ч:

1 — 180; 2 — 3,6; 3 — 0,6; 4 — 4 -1 0 '2

Рис. 15. Изменение относительного удлинения в зависимости от температуры для сталей 12Х1МФ (а) и 1Х12ВНМФ (ЭИ802) (б). Скорость деформации, %/ч;

/ - 2440; 2 - 0,8; 3 - З Ю ~ 2; 4 - 2 5