Прочность металлических

Влияние прочности межатомных связей. Прочность межатомных связей косвенно характеризуется температурой плавления и теплотой плавления металлов. Эти показатели применительно по группам IV -VI Периодической системы элементов Д.И. Менделеева приведены на рис. 201 и 202. Энергия межатомных связей, определяю-

чивакшшм водородостойкость стали, является стабильность карбидных фаз. При этом наименее устойчивой карбидной составляющей против воздействия водорода является цементит. При введении в сталь более сильных карбидо-образующих элементов образуются карбиды с более устойчивой электронной конфигурацией. Так, при небольших добавках в сталь хрома и молибдена (например, сталь ЗОХМА) карбидным анализом в ней обнаружен лишь легированный хромом и молибденом цементит, а водородостойкость такой стали повышается на несколько порядков (рис. 16,17) по сравнению со сталью марки 20. Это положение можно объяснить тем, что атомы хрома и молибдена, входящие в решетку цементита стали ЗОХМА, отдают свои внешние электроны на ЗД-оболочку железа, и заполнение этой оболочки сопровождается увеличением сил связи между углеродом и хромом, т.е. увеличивается стойкость карбида. Таким образом, решающим фактором, определяющим водородостойкость стали, является природа карбидной фазы, которой определяется прочность межатомных связей между металлом и углеродом.

Главным фактором, определяющим поведение сплава при высоких температурах, является прочность межатомных связей.

Прочность межатомных связей тем выше, чем выше температура плавления и модуль упругости, энергия самодиффузии и энергия сублимации, сопротивление ползучести, чем ниже коэффициент теплового расширения. Соотношение всех указанных характеристик для молибдена свидетельствует о высокой прочности его межатомных связей в кристалле, а следовательно, о потенциально высокой его жаропрочности. Экспериментальные данные, приведенные в различных источниках, показывают, что молибден

3. С увеличением межатомного расстояния увеличивается коэффициент объемного расширения р. Следует здесь отметить, что ионные высокотемпературные теплоносители вообще имеют относительно малые величины р, что указывает на прочность межатомных связей.

зуют прочность межатомных связей в кристаллической решетке в раст-

способны в наибольшей степени увеличивать прочность межатомных связей и тем

Прочность межатомных связей у большинства металлов недостаточна для обеспечения жаропрочности и ее можно увеличить вводя в химический состав стали более тугоплавкие металлы. Если же говорить о жаропрочных сплавах, то у них за основу берут такие тугоплавкие металлы, как хром, никель, молибден и т. д.

При выборе основы материала необходимо учитывать, что уровень жаропрочности чистого металла связан с температурой его плавления. Чем она выше, тем больше прочность межатомных связей, меньше скорость самодиффузии и, как следствие, меньше скорость ползучести. Из этого следует, что температура начала плавления сплавов должна быть по возможности выше. Если температура плавления сплава значительно ниже, чем металла основы, то при высоких температурах чистый металл может быть прочнее самого сплава.

С ростом температуры повышается тепловая энергия колебания атомов и снижается прочность межатомных связей. Обусловленное этим повышение интенсивности диффузионных процессов делает наклепанное состояние при высоких температурах нестабильным и приводит к снятию искажений кристаллической решетки и восстановлению исходных свойств металла. В зависимости от уровня температуры и длительности ее воздействия, а также от условий нагружения, восстановление свойств данного наклепанного металла может осуществляться механизмами возврата (отдыха) или рекристаллизации. Движущей силой этих процессов является энергия, накопленная при наклепе.

Основными факторами, определяющими жаропрочность металлов, являются температура плавления, прочность межатомных связей, процессы диффузии и структура. Большое внимание уделяется также дислокационным реакциям и диффузионным перемещениям атомов при ползучести и разрушении, а также взаимодействию металла с окружающей средой. Наконец, необходимо учитывать температуры рекристаллизации и фазового превращения. В момент фазового (полиморфного) превращения повышается подвижность атомов и, как следствие, снижаются прочностные характеристики, в частности предел текучести.

С ростом температуры уменьшается прочность межатомных связей, интенсифицируются процессы диффузии, разупрочнения В зависимости от температуры меняются механизм и скорость газовой коррозии, ме ханизм пластической деформации и разрушения

Усы получают также из неметаллических материалов (графита, окиси бериллия, карбида кремния, окиси алюминия, окиси магния [12]). Прочность многих керамических усов значительно превышает прочность металлических усов (рис. 84). Упругое удлинение керамических усов 1,5—6%; модуль нормальной упругости Е = (30 -=- 50) 103 кгс/мм2. Исключительно высокий модуль упругости имеют графитные усы (Е = 100-103 кгс/мм2). %

Мартенситные нержавеющие и дисперсионно-твердеющие стали, термообработанные с целью получения предела текучести-,более 1,24 МПа, самопроизвольно растрескиваются в атмосфере, солевом тумане или при погружении в водные среды, даже если они не находятся в контакте с другими металлами [55—58]. Лопасти воздушного компрессора из мартенситной нержавеющей стали [59 ] разрушались вдоль передней кромки, 'где были велики остаточные напряжения и конденсировалась влага. Для сверхпрочных мартенситных нержавеющих сталей с 12 % Сг, которые находились в морской атмосфере под напряжением, составляющим 75 % от предела текучести, срок службы не превышал 10 дней [60]. Приведенные данные получили разнообразные объяснения, однако они убедительно доказывают, что сталь в указанных случаях разрушается в результате или водородного растрескивания, или КРН. При наличии в стали высоких напряжений, она может растрескиваться в воде без внедрения водорода, который образуется при взаимодействии воды с металлом. По-видимому, в этом случае вода непосредственно адсорбируется на поверхности и уменьшает прочность металлических связей в степени, достаточной для зарождения трещин (адсорбционное растрескивание под напряжением).

Природа происхождения дефектов различна. Можно различать дефекты атомного строения (вакансии, дислокации), без которых реальных материалов не существует. Главным из них, снижающим теоретическую прочность металлических материалов до уровня реальной, является дефект строения кристаллической решетки, называемой дислокацией.

ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Т 35 Циклическая прочность металлических материалов: Учебное

ТЕРЕНТЬЕВ В.Ф. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

ТЕРЕНТЬЕВ В.Ф. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

ТЕРЕНТЬЕВ В.Ф. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

ТЕРЕНТЬЕВ В.Ф. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

ТЕРЕНТЬЕВ В.Ф. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

ТЕРЕНТЬЕВ В.Ф. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ