Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 [ 45 ] 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

кривая ползучести прн высокой температуре имеет вид, подобный OABCD иа рис. 152. Для расчета предела ползучести испытывают как минимум четыре образца при разных нагрузках (напряжениях). Для сокращения времени иснытаиий эти напряжения выбирают заведомо больше

Рис. 156- Схема определения предела ползучести: а - кривые ползучести при разных напряжениях; б-зависимость скорости установившейся ползучести от напряжения

предела ползучести. Испытания прекращают на стадии установившейся ползучести, когда ее длительность будет достаточной для точного определения ип.уст- Это условие необходимо, поскольку допуск б,М/1в при определении предела

20О\ I МП! I 11 mil Mill 1 I llllimin высокотемпературной ползучести часто дается именно по величине п.уст- По ГОСТу продолжительность испытания для определения предела ползучести с допуском по скорости установившейся ползучести должна быть не менее 2000-3000 ч, причем не менее 500 ч должно приходиться на установившуюся стадию.

Получают серию первичных кривых ползучести при разных напряжениях (рис. 156, а) и для каждой из них подсчитывают Уп.уст. Затем в логарифмических координатах строят зависимость скорости установившейся ползучести от напряжения. Исходя из уравнения (90), эта зависи-

Рис. 157. Зависимость времени достижения заданной деформации ползучести от напряжения для сплава нимо-иик-150 при 870 "С (И. П. Булыгнн. И. И. Труннн)

мость должна быть линейной (см. рис. 156,6). Продолжая прямую, построенную по экспериментальным точкам npii относительно высоких о (до заданного значения fn.ycx), определяют предел ползучести.

Если допуск задается но величине удлинения за определенное время, то по первичным кривым ползучести строят зависимости времени достижения заданного значения 6 от напряжения (рис. 157) и по ней определяют предел ползучести.

Помимо растяжения, в ускоренных испытаниях на ползучесть используют и другие схемы нагружения: изгиб, сжатие и др. Распространение получил, например, метод И. И. Корнилова, в котором несколько цилиндрических образцов одновременно нагружается центробежной силой.

Простота и более высокая производительность по сравнению со стандартными испытаниями на ползучесть характерна также для метода длительной твердости, предложенного А. А. Бочваром для ускоренной оценки жаропрочности. Это испытание отличается от обычного измерения твердости при повышенной температуре только большей выдержкой индентора под нагрузкой (от 0,5 до нескольких часов, чаще всего I ч). Величина отпечатка со временем увеличивается в соог-ветствии с формулой (75). Поэтому результаты испытаний можно обработать при помощи графика в координатах в сторону больших выдержек. Основной характеристикой является величина длительной твердости за заданное время.

Метод используется для сравнительных ускоренных испытаний, но, так же как н метод испытаний на изгиб, прямо не дает необходимых для конструкторских расчетов характеристик.

При длительном вдавливании шарового индентора под ним происходит пластическая деформация, которую можно рассчитать по уравнению (81). Для более точного расчета этой деформации М. П. Марковец предложил вдавливать шар в образец с предварительно вырезанной сферической лункой, кривизна которой равна кривизне индентора. В этом случае деформация в лунке

6- 1/2 П - \-~(dJDf

- М2[\-У \-(dJDf]] 100%

или б=(1 ))(/1к-/lo), где do и - диаметр лунки до и после вдавливания индентора, а Ло и Лк - соответствующая глубина лунки. Построенные по результатам стандартных испытаний иа ползучесть и длительную твердость кривые близки (рис. 158).

Для оценки сопротивления ползучести различных металлических материалов в исследовательской практике используются и другие схемы нагрева и нагружеиия образцов (сжатие, кручение), имитирующие реальные условия

эксплуатации. Такие испытания характеризуются определенными особенностями используемого оборудования и.методики их проведения, однако основные закоиомериости ползучести остаются общими для всех методов.

1000 хч

Рис. 158. Кривые ползучести стали 12Х18Н10Т при 700 "С. полученные методами вдавливания шара (а) и растяжения (б) при Н/а, МПа:

У-193/J0O; г- 108/80; 5 - 60/СО; 4 - 50/50; 5 - 40/40 {М. П. Марковец)

3. Особенности пластической деформации

в условиях ползучести при высоких температурах

Основным механизмом пластической деформации при высокотемпературной ползучести с возвратом является скольжение дислокаций.

Особенности деформации при ползучести обусловлены очень малыми ее скоростями, на пять - десять порядков меньше, чем при обычных статических испытаниях. Наиболее важная ее особенность, общая и для дислокационной, и для диффузионной ползучести, - это интенсивное развитие межзеренной деформации. Но характер внутризеренного скольжения также имеет отличия по сравнению с рассмотренной в гл. HI картиной пластической деформации в условиях статического нагружения.

В первую очередь следует отмстить возможность изменения систем скольжения. Так, например, в алюминии (г.ц.к. решетка) помимо «обычных» систем скольжения {111} <;110> при высокотемпературной ползучести действуют также системы {100} <110> и {211} <110>. В металлах с г. п. решеткой развивается небазнсное скольжение. В о.ц. к. металлах при повышенных температурах деформации увеличивается вероятность одновременного

Шольжения во всех возможных плоскостях {ПО}, {112} и {123}.

Полосы скольжения, выявляемые на поверхности образцов после ползучести, значительно грубее, более волнисты, а расстояния между ними меньше, чем при обычном статическом растяжении. Качественно эта картина соответствует III стадии кривой деформационного упрочнения монокристалла, когда идет поперечное скольжение, а при ползучести- и переиолзание дислокаций. Однако между грубыми полосами иод микроскопом выявляются еще тонкие линии скольжения. Это «тонкое скольжение» может вносить значительный вклад в общее удлинение при ползучести.

Увеличение числа систем скольжения в совокупности с интенсивным развитием поперечного скольжения и переползания дислокаций облегчает их перемещение по кристаллу. При медленной деформации это создает необходимые условия для формирования стабильных дислокационных конфигураций - сеток и стенок (особенно в металлах и сплавах с высокой энергией дефекта упаковки). Развитие полигонизации является важной особенностью пластической деформации при высокотемпературной ползучести как внутри зерен, так и вблизи их границ.

Кроме внутризеренного скольжения, значительный вклад в общее удлинение при ползучести вносит межзерен-ная деформация (зернограничное проскальзывание), Металлографически можно количественно оценить вклад меж-и внутризеренной деформации в общее удлинение при ползучести по топографии поверхности продеформированного образца.

Наиболее наглядные и точные оценки смещений на полосах скольжения и межзеренных границах получают при использовании интерференционного микроскопа (рис. 159). Например, интерферометр Линийка МИИ-4 позволяет измерять высоту неровностей, превышающую 50 нм. Удлинение, вызванное перемещением дислокаций внутри зерен, оценивают по количеству п полос скольжения и высоте соответствующих им ступенек:

(1 +/2 + 1,

где р - средняя величина сдвига в полосах скольжения (см. рис. 159, в).

Экспериментально при помощи интерферометра определяют высоту ступеньки /г, образованной полосой скольжения. Величина рл:2,ЗЛ)/1 -бд, где боб - общее относительное удлинение в момент измерения.

Удлинение за счет взаимных смещений зерен (бг.з) можно оценить аналогично, представив, что линия MN на рис. 159, в - след плоскости границы.

Если теперь построить временные зависимости боб, бв.з и бг.з, то при изменении температуры испытания и прило-

шльженил

Рис. 159. Смещение интерференционных полос на линиях скольжения (а), на границе зерна АВ (б) (В. М. Розенберг) и схема связи (в) удлинения и смещения, вызванного полосой скольжения (Мак Лин)

женного напряжения получаются резко различные картины. Например, на рис. 160 показаны эти зависимости для алюминия при 473 К. Здесь вклад межзеренной деформации невелик по сравнению с внутризеренной.

С повышением температуры и напряжения доля бг.з в общем удлинении падает. Измельчение зерна увеличивает вклад бг.з.

Во всех случаях боб=7бв.з4-бг.з. Следовательно, существует значительная доля деформации, которая не связана со сдвигом в грубых полосах скольжения и межзеренными смещениями. Эта «невыявляемая» ползучесть может составлять до 50 7о от общего удлинения. Она вызвана в первую очередь тонким скольжением, отдельные следы которого видны в виде линий скольжения на поверхности. Часть не-выявляемой деформации при достаточно высоких температурах может быть вызвана полигонизацией.

Выше уже отмечалось, что при высокотемпературной ползучести возможно протекание полигонизации - разделения кристаллитов на субзерна с малоугловыми границами. Полигонизация может внести определенный вклад в общее удлинение при ползучести благодаря перемещениям дислокаций в процессе образования субзеренных границ. Этот вклад оценивается следующим образом.

Рис. 161. Схема к объяснению вклада полигонизации в деформацию при ползучести (Мак Лин)

Рис. 160. Зависимость различных составляющих общего удлинения прн ползучести поликристаллического алюминия от времени при 473 К (Мак Лин): / - общее удлинение; 2 - удлинение вследствие грубого внутризеренного скольжения; 3 - удлинение вследствие межзеренных смещений; 4 - невыявляемая ползучесть

Допустим, что средний угол разориентировки между соседними субзернами после полигонизации (рис. 161) G = - тЬ, где т - число дислокаций на единице длины границы; Ь - вектор Бюргерса.

Если d - среднее расстояние между субграницами, то плотность дислокаций на единице площади p=m/d=Q/bd (предполагается, что внутри субзерен дислокаций нет).

Сдвиг при движении этих дислокаций в процессе собирания их в стенки равен Ulm/fi [см. формулу (23)] или hl/d, где / - средняя длина перемещения дислокаций при образовании стенок, имеет величину порядка (d/2d). Поскольку полосы скольжения, не выявляемые на поверхности в случае внутрисубзеренного движения дислокаций, в среднем должны быть расположены под углом 45° к оси растяжения, удлинение, вызванное полигонизацией, бпол = = Ql/2d, Таким образом, бпол=е/4-ье/2.

Полученное уравнение дает возможность оценивать вклад полигонизации в общую деформацию ползучести по углу разориентировки возникающих субзерен.

Уже отмечалось, что диффузионная ползучесть тоже сопровождается зернограничным проскальзыванием. Как по-