Третья стадия ползучести и разрушение

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ.

Доцент к.т.н. Фигуровский Д.К.

ТЕМА Жаропрочность.

УТВЕРЖДАЮ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ТИ-6 «Материаловедение и технологии новых материалов»

Заведующий кафедрой_ТИ-6

_________ Крашенинников А.И.

«___»_________200__г.

Для студентов 3 курса

факультета ТИ

специальности 150601

ЛЕКЦИЯ № 15

по дисциплине 4638 «Механические свойства и дефекты

кристаллического строения металлов» для специальности

Обсуждена на заседании кафедры

(предметно-методической секции)

«__»___________200__г.

Протокол № __

МГУПИ – 200__г.

Тема лекции: Ползучесть,дительная прочность и релаксация напряжений.

Учебные и воспитательные цели:

Освоение теоретических знаний по курсу «Механические свойства и дефекты кристаллического строения металлов» - темы Ползучесть при повышенных температурах.

Время: 2 часа (90 мин.).

Литература (основная и дополнительная):

1. Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки. -М.: Металлургия, 1990. - 336 с.

2. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1998. - 399с.

З. Золоторевский В.С., Портной В.К. Механические свойства металлов. Часть 1.Статические испытания. Лабораторный практикум. М.: МИСиС. 1987. № 534.-143с..

4. Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловедение термообработка и рентгенография. М. МИСиС, 1994, 480с.

5. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: ГОУ впо УГТУ-УПИ. 2002.329с.

6. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел.М. Наука, 1974г., 560с.

7. Фигуровский Д.К. Алиев Р.Т. Механические свойства и теория термической обработки металлов и сплавов. Практикум М.; МГУПИ. 2007г. 186с.

Учебно-материальное обеспечение:

Использование компьютерной техники для электронной призентации наглядных материалов лекции

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

Введение – 5 мин. Значение жаропрочности при разработке новых

высокотемпературных сплавов.

Основная часть (учебные вопросы) – до 80 мин.

1-й учебный вопрос. Три стадии высокотемпературной ползучести.

2-й учебный вопрос. Испытания на длительную прочность.

3-й учебный вопрос. Релаксация напряжений.

Заключение – 5 мин. Выводы по прочитанной лекции. Ответы на

вопросы студентов.

В результате высокотемпературной ползучести образец или конструкция со временем могут разрушиться. Полному разрушению предшествует третья стадия ползучести, на которой v _n непрерывно возрастает (см. рис. 2.80, участок CD). Поэтому главной причиной ускорения ползучести на третьей стадии считают образование и постепенное развитие пор и трещин по границам зерен, характерное для большинства металлических материалов. Во многих случаях зарождение этих межкристаллитных несплошностей начинается еще раньше – на второй и даже на первой стадиях ползучести. Чем выше температура и скорость ползучести, тем раньше начинается образование пустот и трещин.

Межзеренные трещины обычно появляются в месте стыка грех зерен и растут вдоль тех из них, которые примерно перпендикулярны направлению растяжения. На рис. 2.84, а, б и рис. 2.33 приведены еще два возможных варианта образования клинообразных трещин.

Максимальное растягивающее напряжение в тройном стыке определяется длиной границы L и радиусом ее кривизны r в вершине тройного стыка

S _max = (L / 2r)^1/2 t,

где t – касательное напряжение вдоль границы.

Клинообразные трещины возникают при условии прочного закрепления границ (например, примесями). Если же граница может мигрировать, то вероятность их образования уменьшается. Поэтому клиновидные трещины обычно встречаются при относительно низких температурах и высоких напряжениях. С повышением температуры и снижением действующего напряжения их число уменьшается, но зато на межзеренных границах наблюдается все больше мелких пор круглого или эллиптического сечения. Зародышами этих пор или пустот могут быть микронесплошности на границах зерен, имевшиеся еще до начала ползучести. Поры легко могут зарождаться и в процессе ползучести.

Для однофазных материалов наиболее вероятными считают два механизма. Первый предполагает межзеренное проскальзывание вдоль границы со ступенькой (см. рис. 2.84, в). Такие ступеньки высотой до ~40 нм всегда имеются на границах. Кроме того, ступеньки могут появиться там в результате деформации на концах полос скольжения.

Второй механизм исходит из возможности образования и развития пор в результате слияния вакансий. Рост пор, возникших по первому механизму, по крайней мере на начальных стадиях, также идет за счет стока туда вакансий. Разрастаются далеко не все возникающие при ползучести микропоры. Некоторые из них, не достигшие достаточно большого размера, «залечиваются».

Пора становится устойчивой, когда ее радиус

r > 2γ / S, (2.39)

где S – растягивающее напряжение; γ – поверхностная энергия.

Из формулы (2.39) следует, что чем выше напряжение, тем меньше размер устойчивой поры.

В гетерофазных сплавах образование межкристаллитных пустот в значительной мере связано с частицами избыточных фаз на границах. Они могут затруднять межзеренные смещения, но если последние все-таки будут происходить, то на межфазной границе возникнет несплошность. Вероятность ее образования больше, если поверхностная энергия на границе матрица – избыточная фаза велика и частица имеет компактную форму. Частицы избыточных фаз содержатся даже в относительно чистых технических металлах, и поэтому их роль в межзеренном разрушении важна для любых материалов.

Чисто межзеренное разрушение при ползучести обычно происходит после относительно небольшой деформации (δ<1÷5 %). Оно облегчено в условиях высоких температур и низких напряжений (малой скорости ползучести), когда есть возможности и время для вакансионного развития межкристаллитных пустот. Межзеренное разрушение опасно также в области относительно низких температур, когда еще мала скорость возврата и ограничены возможности миграции границ.

При промежуточных температурах пластичность максимальна, так как здесь межзеренное разрушение затруднено и степень внутризеренной деформации достигает значительной величины.