УДК 621.89+69М

Исследование механических свойств жаропрочного сплава в зависимости от температуры и  тепловой выдержки

 

PROBE OF MECHANICAL PROPERTIES OF HEAT RESISTING ALLOY DEPENDING ON TEMPERATURE AND THERMAL ENDURANCE

 

Густов Ю.И., Воронина И.В., Жердева Ю.А.

(Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», г. Москва РФ)

Gustov Yu.I., Voronina I.V, Zherdeva Yu.A.

(«Moscow State of civil engineering» (National Research University)

 

В работе изложены результаты эксперементально-расчетного определения синергетических показателей жаропрочного сплава в зависимости от тепловой выдержки на основе уравнения относительных прочностных и пластических показателей.

In work results of eksperementalno-settlement definition of synergetic indicators of heat resisting alloy depending on thermal endurance on the basis of the equation of relative strength and plastic indicators are stated.

 

Ключевые слова: сплав, жаропрочность, температура, выдержка, синергетические критерии, надежность.

Key words: alloy, thermal stability, temperature, endurance, synergetic criteria, reliability.

 

Теоретический и прикладной интерес представляет зависимость механических свойств жаропрочных сплавов от тепловой выдержки при температуре 700-800 0С.

Целью работы является определение показателей механических свойств жаропрочного сплава ХН35ВТЮ в зависимости от тепловой выдержки в течение 100…10000 часов при температурах 700…750 0С.

Сплав подвергался закалке при температуре 1180 0С с выдержкой 5ч и охлаждению на воздухе с последующим четырехступенчатым старением: 1000 0С, 4ч; 900 0С, 8ч; 850 0С, 15ч; 750 0С, 20ч. [1].

Особенностью сплава после предпринятой термической обработки  является равенство относительного удлинения и поперечного сужения или их близость.

При исследовании оценивались структурно-энергетические (синергетические) показатели по апробированной методике [2], предусматривающей следующий порядок расчета.

По исходным прочностным и пластическим показателям определяется относительный критерий:

,

(1)

где , - сосредоточенная и равномерная составляющие относительного удлинения; опытный показатель степени.

При условии неаддитивности относительного удлинения  относительное равномерное удлинение равно

(2)

в зависимости от которого относительное равномерное сужение будет

.

(3)

Временное истинное сопротивление разрыву определяется по формуле

,

(4)

истинное сопротивление разрыву по зависимости

.

(5)

Предусматриваются также коэффициенты относительного удлинения и поперечного сужения соответственно вида [3]

,

(6)

(7)

Установлены зависимости

(8)

(9)

(10)

        В принятой методике расчета выражения (8)-(10) служат в качестве контрольно-поверочных зависимостей.

        Наряду с приведенными показателями, оцениваются синергетические критерии: удельная энергия равномерной пластической деформации , полная удельная энергия , критерии зарождения трещин , развития трещин  и хрупкости:

,

(11)

,

(12)

,

(13)

(14)

(15)

Комплексный критерий оценки металлов представляет собой

(16)

Исходные и расчетные характеристики сплава приведены в табл.1 и 2.

 

Таблица 1 - Показатели свойств сплава ХН35ВТЮ

Тепловая выдержка

НВ

С

Время, ч

Т, 0С

МПа

%

%

МПа

1000

700

740

1090

9

9

310

1,679

7,1

6,63

1167,4

1195,1

6000

660

930

5

5

300

1,710

3,9

3,75

966,2

978,3

100

 

750

670

1080

10

10

300

1,620

7,7

7,15

1163,2

1196,3

6000

660

850

4

4

310

1,776

3,2

3,1

877,2

885,1

10000

550

830

5

6

280

1,496

3,8

3,64

861,4

881,7

 

Таблица 2-Синергетические показатели сплава ХН35ВТЮ

Тепловая выдержка

G

Время, ч

Т, 0С

МПа

МПа

1000

700

0,351

0,351

419,48

316,6

2,11

65,42

91,24

0,089

0,035

4,254

0,0132

6000

0,358

0,358

350,23

264,8

11,7

31,08

42,02

0,047

0,017

5,147

0,0041

100

 

750

0,349

0,349

418,59

315,4

5,15

68,0

98,32

0,101

0,045

3,546

0,016

6000

0,360

0,360

318,64

240,7

22,4

24,2

31,54

0,037

0,011

6,864

0,0028

10000

0,358

0,357

315,65

236,3

15,6

26,17

44,29

0,048

0,033

4,316

0,0068

 

По результатам исследования можно сделать следующие выводы

1.            Тепловая выдержка 6000 ч по сравнению с выдержкой 1000 ч при температуре 700 0С приводит к снижению прочностных ( и пластических ( показателей, а также удельных энергий  . Коэффициенты пластичности и  незначительно (на 2%) увеличиваются. Показатели  уменьшаются на 47,2% и 51,4% соответственно, а показатель хрупкости  возрастает на 21%. Комплексный критерий G уменьшается на 68,9% и свидетельствует о снижении надежности сплава с увеличением тепловой выдержки.

2.            С увеличение тепловой выдержки в пределах 100, 6000, 10000 ч прочностные характеристики ( уменьшаются; показатели пластичности также уменьшаются, проходя через минимальное значение при выдержке 6000 ч. Аналогично изменяются удельные энергии  , показатели , а также критерий G. Критерий  увеличивается, проходя через максимальное значение при выдержке 6000 ч.

3.            Наиболее надежным по критериям ,  является состояние сплава при тепловой выдержке 100 ч и температуре 750 0С. При температуре 700 0С наиболее надежное состояние сплава достигается при выдержке 1000 ч.

Таким образом, с увеличением температуры и тепловой выдержки структурно-энергетические (синергетические) критерии снижаются, свидетельствуя об уменьшении надежности сплава.

Графические зависимости целевых показателей от тепловой выдержки и температур приведены на рис. 1-3.

Рисунок 1- Зависимость истинного сопротивления разрыву от тепловой выдержки

Рисунок 2 - Зависимость удельной энергии равномерной пластической деформации

Рисунок  3 - Зависимость комплексного критерия оценки металлов от тепловой выдержки

 

В процессе исследования подтверждена зависимость (8): расхождение расчетных ) и экспериментальных (НВ) значений твердости составляет Δ=2,11…11,7% при температуре 700 0С; Δ=5,15; 22,4 и 15,6% при среднем 14,38% при температуре 750 0С. Удовлетворительно совпадают с экспериментальными величинами НВ расчетные значения твердости по зависимости (10): расхождение при температуре 700 0С  Δ=8,5 и 14,6 %; при температуре 750 0С    Δ=5,6; 31,6  и 25 % при среднем 20,7%.

        Поверочные расчеты по (8) и (10) подтверждают достоверность полученных показателей свойств сплава.

 

Список использованных источников

1.        Марочник сталей  и сплавов/В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др; - М.: Машиностроение, 1989-640 с.

2.        Густов Ю.И., Воронина И.В., Орехов А.А. Методология исследования трибомеханических показателей строительной техники. // Механизация строительства. 20011-№8-с.10-12.

3.        Yuri I. Gustov, Dmitriy Yu. Gustov, Irina V. Voronina Probe of Interrelation of Indicators of Static Plasticity and Strength of Heat-treated Alloyed by Steels. //Procedia Engineering, Volume 91, 2014, Pages 386–389