Жаропрочность

Одним из основных требований, предъявляемых к металлу энергоустановок, является высокая жаропрочность.

Жаропрочность – способность металлов и сплавов длительно работать без разрушения под воздействием внешних нагрузок и повышенных температур.

Повышение температуры сильно понижает механические свойства. Знание характеристик жаропрочности важно при выборе материала, когда металл деталей и конструкций нагревается до температуры выше температуры плавления Т _пл. Чем выше рабочая температура, действующее напряжение и длительность эксплуатации, тем более высокие требования предъявляются к жаропрочности металла. Поэтому одним из основных требований, предъявляемых к металлу энергоустановок, является высокая жаропрочность. Жаропрочные стали и сплавы предназначены для изготовления деталей котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, ракет, атомных устройств и др., работающих при высоких температурах.

Основными факторами, определяющими жаропрочность металлов, являются температура плавления, прочность межатомных связей, процессы диффузии и структура.

В процессе эксплуатации металла при высоких температурах ускоряются диффузионные процессы, изменяются исходные микроструктура и механические свойства материалов. При повышении температуры значительно возрастает число вакансий и увеличивается подвижность точечных дефектов. Диффузия способствует перемещению дислокаций путем их переползания, в результате чего реализуется диффузионный механизм пластической деформации (ползучести). При увеличении времени эксплуатации снижается прочность, полученная при исходной термической обработке, происходит потеря упрочнения, вызванного пластической деформацией, за счет возврата и рекристаллизации. (Рекристализация - процесс образования и роста одних кристаллических зёрен поликристалла за счёт других той же фазы. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации).)

Для увеличения жаропрочности конструкционных материалов необходимо ограничить подвижность дислокаций и замедлить диффузионные процессы. Это возможно за счет повышения прочности межатомных связей, создания препятствий для перемещения дислокаций внутри зерен и на их границах и увеличения размеров зерен. Чем крупнее зерно, тем меньше протяженность межзеренных границ и слабее межзеренное скольжение и диффузионные перемещения.До температур порядка 0,5Тпл деформация ползучести определяется стабильностью дислокационной структуры. При более высоких температурах активизируются диффузионные процессы, происходит растворение скоплений атомов легирующих элементов и примесей, что ослабляет степень закрепления дислокаций и облегчает их перемещение по кристаллу. В этих условиях сопротивление ползучести будет определяться силами межатомной связи.

Прочность межатомных связей большинства металлов недостаточна при высоких температурах. Для повышения жаропрочности необходимо снизить подвижность дислокаций и замедлить диффузию.

Для количественной оценки характеристик жаропрочности металлов и сплавов в основном используют испытания на ползучесть и длительную прочность.

В основе явлений, характеризующих жаропрочность, лежат процессы, происходящие при ползучести.