В.П. Перминов, В.А. Неронов         МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ


3. Влияние температуры на прочностные и пластические свойства металлов.
Ползучесть, длительная прочность

Так как многие узлы машин и конструкций работают при очень высоких или очень низких температурах, необходимо знать зависимость свойств металлов от температуры.

С понижением температуры свойства изменяются следующим образом: как правило, предел прочности, пределы упругости и текучести, твёрдость повышаются, а удлинение, уменьшение поперечного сечения при разрыве и сопротивление удару падают. Кристаллические металлы в отличие от аморфных тел сохраняют свою способность к пластической деформации вплоть до абсолютного нуля. Аморфные тела становятся совершенно хрупкими, как только прекращается тепловое движение атомов. По-видимому, пластичность аморфных тел связана только с хаотическим тепловым движением атомов, в то время как у кристаллических металлов существует еще другой вид пластичности, связанный с массовым кристаллографически ориентированным перемещением атомов – сдвигами.

Необходимо отметить, что у некоторых металлов, к числу которых относится железо и молибден, с понижением температуры пластичность очень резко падает. Наиболее вероятной причиной хладноломкости железа является содержание в нём фосфора, азота и других примесей даже в небольших количествах.

При повышении температуры пределы упругости, текучести, прочности и твёрдость падают, а сопротивление удару, удлинение и уменьшение поперечного сечения при разрыве растут. С повышением температуры начинает проявляться способность металлов к очень медленному, но непрерывному изменению размеров под действием сравнительно слабых постоянных по времени напряжений. Металл удлиняется, «ползет». Это явление известно под названием «ползучести». Постепенное удлинение металла сопровождается появлением микропустот и трещин, концентрацией напряжений вокруг них и в результате приводит к разрыву. С явлением ползучести необходимо считаться при выборе материала для деталей турбин, авиационных двигателей, энергетических установок, работающих при высоких температурах.

Положив в основу срок службы изделий, обычно задаются максимально допустимой скоростью деформации вследствие ползучести. Напряжение, которое вызывает эту скорость деформации при определённой температуре, называют условным пределом ползучести. Предел ползучести обозначают знаком ? с числовыми индексами. Например:  обозначает предел ползучести при скорости ползучести 1•10-4 %/ч при 800оС;
означает предел ползучести при допуске на деформацию 0,1 % за 100 часов испытания при 800 оС. Понятно, что предел ползучести для любого металла зависит не только от температуры, но, и в очень большой степени от микроструктуры материала, в частности, природы и состояния прослоек по границам зёрен.

В технике наряду с понятием ползучести широко используется понятие длительной прочности. Под ним подразумевают величину напряжения, вызывающего при данной температуре через определённое время разрушение металла. Часто определяют 100-часовую или 1 000-часовую прочность. Например,  означает предел длительной прочности за 1 000 часов при 800 оС.


© Сибирская государственная геодезческая академия (СГГА), 2007