Расчетная оценка длительной прочности циркониевой керамики

Стандартная экспериментальная оценка ресурса работы высокотемпературных изделий (ГОСТ 4070–2014) из циркониевой керамики требует применения сложного нагревательного и измерительного оборудования и сотен дорогостоящих образцов. Это диктует разработку методов расчетной оценки длительной прочности материалов в зависимости от условий термомеханического нагружения без проведения полного спектра лабораторных испытаний. Существующие расчетно-экспериментальные модели установившейся стадии ползучести керамики рассматривают температурный диапазон до 1600 °C, что меньше предельных рабочих температур диоксида циркония (2000 °С и более). На основе закона Нортона — Бейли проведена расчетная оценка длительной прочности стабилизированной керамики из диоксида циркония. С использованием известных экспериментальных данных для керамики из стабилизированного диоксида циркония (0,1Y2O3 + 0,9ZrO2) рассчитаны значения констант ползучести при высокотемпературном (1600…1800 °C) нагружении до 5 МПа. Предложено уравнение степенной регрессии с высокой степенью корреляции, оценивающее ползучесть исследуемого материала при напряжении до 20 МПа и температуре до 2100°C.

Литература

[1] ГОСТ 4070–2014. Изделия огнеупорные. Метод определения температуры деформации под нагрузкой. Москва, Стандартинформ, 2015.

[2] ГОСТ 8179–98. Изделия огнеупорные. Отбор образцов и приемочные испытания. Москва, ИПК Изд-во стандартов, 2014.

[3] Павлов П.А. Основы инженерных расчетов элементов машин на усталость и длительную прочность. Ленинград, Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1988. 252 с.

[4] Жигачев А.О., Головин Ю.И., Умрихин А.В., Коренков В.В., Тюрин А.И., Родаев В.В., Дьячек Т.А. Керамические материалы на основе диоксида циркония. Москва, ТЕХНОСФЕРА, 2018. 358 с.

[5] Blond E., Schmitt N., Hild F., Blumenfeld Ph., Poirier J. Modeling of high temperature asymmetric creep behavior of ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 2005, vol. 25, pp. 1819–1827, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.45.2308

[6] Chuang T. Estimation of Power-Law Creep Parameters from Bend Test Data. U.S. Department Of Commerce, National Bureau of Standards Center for Materials Science Inorganic Materials Division Gaithersburg, MD 20899, February 1985. 50 p.

[7] Shengli Jin, Harald Harmuth, Dietmar Gruber. Compressive creep testing of refractories at elevated loads — Device, material law and evaluation techniques. Journal of the European Ceramic Society, 2014, vol. 34, pp. 4037–4042, doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2014.05.034

[8] Chevalier J., Olagnon C., Fantozzi G., Gros H. Creep behavior of Alumina, Zirconia and Zirconia-Toughened Alumina. Journal of the European Ceramic Society, 1997, vol. 17, pp. 859–864.

[9] Schneider K., Rekas M. High Temperature Creep of Metal Oxides. Chapter 4, AGH, University of Science and Technology, Krakow, Poland, 2017, doi: http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.70876

[10] Рутман Д.С., Торопов Ю.С., Плинер С.Ю., Неуймин А.Д., Полежаев Ю.М. Высокоогнеупорные материалы из диоксида циркония. Москва, Металлургия, 1985. 136 с.

[11] Бакунов B.C., Балкевич В.П., Власов А.С., Гузман И.Я., Лукин Е.С., Полубояринов Д.Н., Попильский Р.Я. Керамика из высокоогнеупорных окислов. Москва, Металлургия, 1977. 304 с.

[12] Даукнис В.И., Казакавичус К.А., Пранцклявичус Г.А., Юренас В. Исследование термической стойкости огнеупорной керамики. Вильнюс, Минтис, 1971. 150 с.

[13] Перас А.Я., Даукнис В.И. Прочность огнеупорной керамики и методы ее исследования. Вильнюс, Мокслас, 1977. 183 с.

[14] Bocanegra-Bernal M.H., Torre S.D.D.L. Phase transitions in zirconium dioxide and related materials for high performance engineering ceramics. Journal of Materials Science, 2002, vol. 37, no. 3, pp. 4947–4971, doi: 10.1023/A:1021099308957

[15] Betten J. Creep Mechanics. Springer, Berlin, 2008. 52 p.

[16] May D.L., Gordon A.P., Segletes D.S. The application of the Norton–Bailey law for creep prediction through power law regression. Proceedings of ASME Turbo Expo, Turbine Technical Conference and Exposition, June 3–7, 2013, San Antonio, Texas, USA, doi: 10.1115/GT2013-96008

[17] Рутман Д.С., Торопов Ю.С., Плинер С.Ю., Неуймин А.Д., Полежаев Ю.М. Высокоогнеупорные материалы из диоксида циркония. Москва, Металлургия, 1985. 136 с.