Длительная прочность

Длительная прочность (англ. longtime strength) — свойство материала противостоять разрушению при долговременном действии статической нагрузки и, обычно, высокой температуры.

Актуальность проблемы

С повышением температуры характеристики механических свойств материалов изменяются, поэтому при высоких температурах определяют не только привычные характеристики при кратковременных испытаниях, но и характеристики при длительной работе.

С повышением температуры пределы 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.

Основные понятия и определения

Повреждение материала вследствие ползучести материала вызывают разрушение, сопротивление которому называется длительной прочностью или прочностью материала при долговременном нагружении. Употребление и определение этого термина обусловливается ДСТУ 2825-94.

Термин долговременная прочность (англ. long-term strength) регламентируется ДСТУ Б А.1.1-5-94 для характеристики свойств строительных материалов.

Для оценки прочности деталей, длительное время находящихся в нагруженном состоянии в условиях повышенных температур, вводится понятие предела длительной прочности.

Пределом длительной прочности (англ. longtime strength limit) (по ДСТУ 2825-94) называется напряжение, рассчитанное по начальной площади поперечного сечения образца, при котором образец достигает разделения на части при данной температуре через обусловленный промежуток времени. Этот промежуток времени называется базой испытания. Согласно ДСТУ 2825-94 понятие предел долговременной прочности является недопустимым к употреблению синонимом.

Испытания на длительную прочность

 → 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 испытаниям на базе 100–200 часов. Предел длительной прочности на базе 100 часов обозначается σ₁₀₀. Обозначение $\sigma _{10^{5}}^{300}=250$ указывает, что предел длительной прочности при 300 °C и длительности испытаний 10⁵ часов составляет 250 МПа. Чем меньше механическое напряжение в материале, тем больше 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 напряжениям при определенной температуре и устанавливают время до их разрушения. Результат представляют в виде графика. Имея кривую длительной прочности материала, можно определить напряжение разрушения по заданному сроку службы детали при этой температуре. И наоборот, по заданному напряжению можно определить время до разрушения.

Характеристики

Результаты испытаний представляют в виде зависимости времени до разрушения t_p от приложенных напряжений. Для построения такой зависимости для каждого уровня напряжения определяют время до разрушения.

Зависимость между σ и t_p хорошо описывается уравнением вида

$t_{p}=A\sigma ^{-b},$

где A и b — постоянные материала, зависящие от температуры. В логарифмических координатах эта зависимость описывается прямыми линиями, что позволяет результаты σ — t_p экстраполировать на более длительное время нагружений. Образцы обычно испытывают на базе 3000, 5000 и 10000 часов. Однако для некоторых сплавов с метастабильной структурой при высоких температурах наблюдается излом упомянутых линейных зависимостей, обусловленный изменением механизма разрушения — происходит переход от вязкого внутризеренного к хрупкому межзеренному разрушению.

Запас долговечности по напряжениям σ определяют как:

n_д = t_p / t .

Запас прочности по напряжениям для времени t_p:

n_ч = σ_p / σ ,

где σ_p — разрушающие напряжения для времени t_p.

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

Ссылки

• Механіка руйнування зварних конструкцій: Курс лекцій. Для студентів спеціальності 7.092301 усіх форм навчання Архивировано из первоисточника 8 грудня 2012./ Укладач: Ясній П. В. — Тернопіль: ТДТУ, 2006. — 100 с. — Кафедра матеріалознавства.

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Руниверсалис» («Руни», руни.рф) под названием «Длительная прочность», расположенная по адресу: — «https://руни.рф/index.php/Длительная_прочность» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC BY-SA. Всем участникам Руниверсалиса предлагается прочитать «Обращение к участникам Руниверсалиса» основателя Циклопедии и «Почему Циклопедия?».