Основы дуговой сварки

Ползучесть и разрыв при ползучести

Если металлическое изделие в течение промежутка времени выдерживает определенную нагрузку при высокой температуре, в нем начинает происходить пластичная деформация, которая со временем приводит к разрыву, даже если нагрузка меньше предела текучести металла. Это явление называется «ползучестью».

Ползучесть с наибольшей вероятностью возникает при повышении температуры под влиянием определенной нагрузки. Поэтому сопротивление ползучести является одной из самых важных характеристик таких сооружений из жаропрочной легированной стали, как промышленные бойлеры, которые эксплуатируются долгое время в высокотемпературных условиях. Такие жаропрочные материалы включают в себя хром-молибденовые стали, нержавеющие стали и высоколегированные сплавы.

Если металл выдерживается долгое время при постоянной нагрузке и постоянной температуре, он деформируется, как показано на графике зависимости деформаций от напряжения, или «кривой ползучести», представленной на Иллюстрации 1. Предел ползучести металла можно определить с помощью испытания на ползучесть или испытания на разрыв при ползучести. При испытании на ползучесть скорость ползучести определяется путем продолжительного замера деформации растяжения образца в условиях постоянной нагрузки и температуры. Методы испытаний на ползучесть определены государственными стандартами, такими как ASTM E139 и JIS Z 2271. При испытаниях на разрыв при ползучести время, через которое происходит разрыв образца, находящегося под воздействием постоянной нагрузки и температуры, показывает сопротивление разрыву при ползучести. Методы испытаний на разрыв при ползучести также четко определены, в частности, в ASTM E139 и JIS Z 2272. В целом, испытания на разрыв при ползучести проводятся часто, и результаты этих испытаний широко используются в качестве основных данных при проектировании сооружений, стойких к повышенным температурам.

Иллюстрация 1: Кривая ползучести (постоянная нагрузка и температура)

Графики зависимости времени разрыва от нагрузки, полученные путем испытаний на разрыв при ползучести, могут представлять из себя прямые или прерывистые линии, как показано на Иллюстрации 2. С помощью этого графика можно определить сопротивление разрыву при ползучести в течение определенного периода времени. Помимо сопротивления разрыву, испытания на разрыв при ползучести позволяют получить данные о деформации растяжения, относительное уменьшение площади поперечного сечения, а также характер разрывов, поэтому с из помощью можно сравнивать свойства ползучести разных материалов.

Иллюстрация 2: Типичные графики нагрузки и времени разрыва, полученные при испытаниях на разрыв при ползучести хром-молибденового сварочного металла 2.25Cr-1Mo.

На свойства ползучести материалов влияют такие факторы, как химический состав, способ производства, тепловая обработка, микроструктура и размер зерен кристаллов. Как показано на Иллюстрации 3, на сопротивление ползучести материалов может влиять тип и количественное содержание легирующих элементов. Молибден (Mo) является одим из самых эффективных легирующих элементов для повышения сопротивлению ползучести. При оценке свойств ползучести сталей и сварочных металлов необходимо тщательно изучить разницу в микроструктуре, химическом составе, процессе производства и термическом цикле.

В последнее время наблюдается тенденция повышения рабочих температур и нагрузок для жаропрочного оборудования, что позволяет добиться более высокой эффективности производства. Чтобы следовать этой тенденции, сварочные материалы тоже усовершенствуются так, чтобы придать им требуемые свойства ползучести при повышенной температуре, соответствующие свойствам новейших сталей.

Иллюстрация 3: Зависимость сопротивления ползучести от легирующих элементов для чистого железа.

Источник: Объяснение терминов сварки, SWS, 1999

Поиск сварочных материалов KOBELCO для жаропрочных сталей / английский

Верх страницы