Длительная прочность

Длительная прочность ( англ. longtime strength ) - Свойство материала противодействовать разрушению при долгосрочной действия статической нагрузки и высокой температуры.


1. Актуальность проблемы

С повышением температуры характеристики механических свойств меняются, поэтому при высоких температурах определяют не только привычные характеристики по краткосрочных испытаний, но и характеристики при длительной работе.

С повышением температуры границы пропорциональности, текучести и прочности, а также модуль упругости уменьшаются. Поэтому механические свойства при длительной эксплуатации определяют испытанием образцов материала на длительную прочность. Для этого испытательный образец нагревают до заданной температуры, нагружают и определяют время до разрушения.


2. Основные понятия и определения

Повреждения материала вследствие ползучести материала вызывают разрушения, сопротивление котором называется длительной прочности или прочности материала по долгосрочному нагрузки. Применения и определение этого термина объясняется ДСТУ 2825-94 [1].

Срок длительная прочность ( англ. long-term strength ) Регламентируется ДСТУ Б А.1.1-5-94 [2] для характеристики свойств строительных материалов.

Для оценки прочности деталей, длительное время находящиеся в груженом состоянии в условиях повышенных температур вводится понятие границы длительной прочности.

Границей длительной прочности ( англ. longtime strength limit ) (По ГОСТ 2825-94) называется напряжение, рассчитанное по начальной площади сечения образца при котором образец достигает разделения на части при данной температуре через оговоренный промежуток времени. Этот промежуток времени называется базой испытания. По ГОСТ 2825-94 понятие предел долговременной прочности является недозволенным к употреблению синонимом.


3. Испытания на длительную прочность

База испытания назначается исходя из срока службы детали и может составлять от нескольких часов до нескольких лет. Металлы авиационных двигателей и конструкций обычно подвергаются кратковременным испытанием на базе 100-200 часов. Предел длительной прочности на базе 100 часов сказывается σ 100. Обозначение \ Sigma_ {10 ^ 5} ^ {300 ^ 0} = 250 МПа, указывает, что граница длительной прочности за 300 ? C и продолжительности испытаний 10 мая часов составляет 250 МПа. Чем меньше механическое напряжения в материале, тем большее время до разрушения образца. С увеличением температуры или базы испытания предел длительной прочности уменьшается.

Испытания на длительную прочность заключаются в том, что образцы подвергают различным напряжением при определенной температуре и устанавливают время к их разрушению. Результат представляют в виде графика. Имея кривую длительной прочности материала, можно определить напряжение разрушения по заданному сроком службы детали при этой температуре. И наоборот, по заданному напряжению можно определить время до разрушения.


4. Характеристики

Результаты испытаний представляют в виде зависимости времени до разрушения t p от приложенных напряжений. Для построения такой зависимости, для каждого уровня напряжений определяют время до разрушения. Зависимость между σ и t p хорошо описывает уравнение вида

t_p = A \ sigma ^ {-b},

где A и b стали материала зависят от температуры. В логарифмических координатах эта зависимость описывается прямыми линиями, что позволяет результаты σ - t p экстраполировать на длительное время нагрузок. Образцы обычно испытывают на базе 2000, 5000 и 10000 час. Однако для некоторых сплавов с метастабильным структурой высоких температур наблюдается излом упомянутых линейных зависимостей, обусловлен изменением механизма разрушения - происходит переход от вязкого внутризеренного к хрупкому мижзеренного разрушения.

Фото долговечности за напряжениями σ определяют как:

n д = t p / t.

Запас прочности по напряжениями для времени t p:

n ч = σ p / σ,

где σ p - разрушительные напряжения для времени t p.

Допустимые напряжения устанавливают на основе границы длительной прочности и предела ползучести введением необходимых коэффициентов запасов прочности.


См.. также