Многие детали машин работают при повышенных температурах. Это детали энергетических машин, металлургических агрегатов, космических аппаратов, двигателей и т. п. Материалы для них должны иметь специфические свойства, позволяющие выдерживать не только механические, но и тепловые нагрузки. Результирующее свойство материалов (металлов) сопротивляться развитию пластической (остаточной) деформации и разрушению под действием постоянных нагрузок при высоких температурах называют жаропрочностью.
Параметрами жаропрочности, характеризующими ее численно как показатели качества металлов, являются: предел кратковременной прочности, предел ползучести и предел длительной прочности.
Предел кратковременной прочности характеризует поведение металла при его обработке давлением (ковка, прессование, прокатка). Предел ползучести — напряжение, которое за определенный промежуток времени при заданной температуре вызывает заданное удлинение испытуемого образца. Этот параметр характеризует долговечность деталей, длительно работающих при высоких температурах. Предел длительной прочности — напряжение, вызывающее разрушение образца при заданной температуре через определенный промежуток времени. Предел длительной прочности, как и предел ползучести, является характеристикой долговечности деталей, работающих при высоких температурах и Испытания на кратковременную прочность "проводят на машинах мод. 1958У-10-1. Это фактически испытания на растяжение при температурах до 1200° С. Предел ползучести определяют у жаропрочных металлов и a сплавов путем действия на образец растягивающих сил на протяжении длительного времени (5 000—10 000 ч). Их проводят одновременно на нескольких установках. Испытания на длительную прочность заключаются в следующем: образец нагревают в электрической печи до заданной температуры (не более 1200° С), выдерживают при этой температуре до полного прогрева, а затем плавно прикладывают нагрузку. В процессе испытаний фиксируют время, через которое образец разрушается. Типичным примером динамических испытаний материалов и деталей машин являются испытания на ударную вязкость, такие испытания необходимы для определения характеристик деталей машин переносить ударные — динамические нагрузки. Таким нагрузкам подвергаются детали транспортных машин, прессов и кузнечнопрессовых автоматов, кузнечного и прокатного оборудования и др.
Характер разрушения при динамических нагрузках отличается от разрушения при статическом нагружении. При динамических нагрузках возможно хрупкое разрушение изделия. Рассмотренные нами показатели статической прочности не могут характеризовать поведение металла при ударных нагрузках.
Ударная вязкость характеризует способность металлов поглощать механическую энергию при деформации до разрушения под действием динамической нагрузки. Ударная вязкость оценивается отношением работы, затраченной на разрушение надрезанного образца, к площади поперечного сечения образца в месте надреза: ан = AJS0, где Он — удельная ударная вязкость; Ан — работа, затраченная на разрушение образца; So — площадь поперечного сечения образца в месте надреза до испытаний. Испытания действием ударной нагрузки обычно проводят по следующей схеме: стандартный образец с надрезом устанавливают между двумя жестко закрепленными упорами. Ударная нагрузка F прикладывается в плоскости, проходящей через надрез образца между упорами маятникового копра. Удар производится маятниковым грузом. Груз, выполненный в виде скобы с бойком, отклоняют на определенный угол а от вертикали и закрепляют. Затем фиксация снимается, и груз — маятник опускается под действием силы тяжести, ломает образец и по инерции движется дальше вокруг оси тяги маятника до угла р, в котором снова закрепляется тормозным механизмом копра. Естественно, что при одинаковом отклонении от вертикали (угол а, высота) угол отклонения и высота будут зависеть от свойств материала образцов одинаковых размеров, т. е. от их ударной вязкости. Отсюда понятно, как определить работу разрушения: где A — работа, затраченная до упора на подъем маятника — груза; A<i — работа, затраченная на удар; G — вес маятникового груза; h и /i2 — высота подъема маятникового груза до и после удара соответственно; I — расстояние центра тяжести маятникового груза от оси вращения маятника; а. — угол падения маятникового груза; р — угол подъема маятникового груза. Динамические испытания металлов ударом производятся также для проверки их свойств переносить нагрузки. Кроме того, для определения характеристик материалов деталей машин, предназначенных для работы в условиях значительного охлаждения (летательные аппараты, холодильные установки, оборудование для Севера и т. д.) проводятся испытания на удар. Детали и образцы охлаждают до 150° С. Испытывают на удар также паяные и сварные соединения, ударная прочность и вязкость которых не должна быть меньше, чем основного материала. Образцы в этом случае представляют собой две спаянные или сваренные полоски металла. Ослабляющий сечение вырез (его называют концентратором напряжений) делают в самом соединительном шве. В маятниковом копре сваренные либо спаянные образцы располагают так, чтобы удар груза пришелся со стороны, противоположной вырезу-концентратору.
Наиболее широкое применение в промышленности получил такой вид испытаний машиностроительных материалов и деталей машин, как измерение твердости. Этот вид испытаний не во всех случаях разрушает (портит) деталь, а для заготовок деталей машин и материалов может вообще считаться неразрушающим. Однако поскольку после измерения твердости современными способами на металлических поверхностях остаются заметные следы, что допустимо далеко не всегда, этот вид испытаний условно относят к разрушающим.
