ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кривые ползучести и релаксации из "Сопротивление материалов Издание 13 " Выше уже было отмечено, что опытное изучение явления ползучести, на результатах которого основываются расчёты деталей машин и сооружений, работающих при высоких температурах, производится преимущественно на образцах из испытуемого материала, подвергнутых простому растяжению. При этом в течение всего срока испытания обеспечивается как неизменяемость температуры, так и постоянство величины растягивающей образец нагрузки. [c.796] При нагружении образца, нагретого до определённой температуры Т, деформация его вначале возрастает довольно быстро (в зависимости от скорости нагружения) от нуля до некоторой величины OAi (предполагается, что процесс нагружения заканчивается в точке А диаграммы). Если при наибольшем значении нагрузки напряжение в образце не превосходит предела упругости материала при данной температуре Т, то деформация OAi будет вполне упругой в противном случае отрезок 0A будет включать в себя не только упругую, но и остаточную (пластическую) деформацию. [c.796] Скорость деформации ползучести в любой точке кривой определяется величиной тангенса угла наклона касательной к кривой в этой точке к оси абс1шсс, т. е. [c.796] Весь процесс ползучести может быть разбит на три последовательные стадии. В первой стадии, отвечающей участку АВ кривой ползучести, деформация протекает с неравномерной, всё время уменьшающейся скоростью это — так называемая стадия неравномерной или неустановившейся ползучести. Длительность первой стадии ползучести, в зависимости от рода материала и от величины температуры и напряжения, меняется от нескольких десятков до нескольких сотен и даже (в иск.тючительных случаях) тысяч часов. [c.796] Наиболее существенное влияние на характер протекания процесса ползучести в этой и последующей стадиях ползучести оказываются два основных фактора 1) упрочнение материала в результате наклёпа, связанного с увеличением остаточной (пластической) деформации, и 2) устранение этого наклёпа или понижение несущей способности материала под действием высокой температуры. Явление ползучести можно рассматривать, как взаимодействие этих двух факторов, создающих в основном картину чистой ползучести. [c.797] Эта картина, особенно на последующих стадиях, может быть осложнена влиянием различных внутренних (например, структурные изменения и фазовые превращения в металле) и внешних причин (например, коррозия). [c.797] Когда влияние упрочнения от наклёпа уравновешивается ослабляющим материал влиГ1-нием длительного действия высокой температуры, уменьшение скорости ползучести прекращается, наступает вторая стадия ползучести (участок ВС кривой) — стадия равномерной или установившейся ползучести, на которой деформация ползучести протекает с постоянной и притом минимальной скоростью. [c.797] Эта скорость остаётся постоянной до тех пор, пока на образце не начинает образовываться шейка (точка С кривой). [c.797] Если во время испытания не меняется величина нагрузки, то местное сужение площади поперечного сечения образца в третьей стадии ползучести (участок СО кривой) сопровождается увеличением напряжения, которое, в свою очередь, вызывает увеличение скорости ползучести. Вследствие этого образец в конце концов разрушается (точка О кривой). [c.797] При изменении температуры или величины напряжения вид кривых ползучести может значительно измениться. На фиг. 660 схематически изображены кривые ползучести при одной и той же постоянной температуре Г, но при различных постоянных напряжениях а,- (при этом ах Оз а, с а, С Од), а на фиг. 661 — кривые ползучести при одном и том же напряжении а, но при различных постоянных температурах (при этом Тх Т сТзСТ сТ ). [c.797] При относительно небольшом напряжешш ( j = oi) или сравнительно невысокой температуре (Т = Ti) деформация ползучести может вообще не иметь места, т. е. после нагружения образца диаграмма е — t будет представлять собой прямую линию, проведённую из точки Ai параллельно оси абсцисс (см. фиг. 660 и 661). При несколько более высоком напряжении или температуре ( = 2 или T = Ti) после сравнительно короткой стадии неустановившейся ползучести скорость ползучести может уменьшиться до нуля, т. е. дальнейшее увеличение деформации образца прекратит я. При ещё более высоком напряжении или температуре (а = оз или Т — Т ) ложет случиться, что скорость установившейся ползучести хотя и не будет равна нулю, ио окажется настолько малой, что приведёт к разрушению материала через очень большой промежуток времени, значительно превышающий срок службы детали из этого материала. [c.798] При напряжении-0 = 3 или температуре T = Ti получаем кривую ползучести, представленную на фиг. 659. При дальнейшем увеличении напряжения или повышении температуры вид кривых ползучести ещё более изменяется деформация ползучести протекает всё быстрее, прямолинейный участок— стадия установившейся ползучести — становится всё короче и, наконец, превращается в точку (кривые 5 на фиг. 660 и 661), т. е. стадия неустановившейся ползучести непосредственно переходит в стадаю разрушения. В этом случае участок установившейся ползучести существует в виде точки перегиба кривой AB D — точки В, совпадающей с точкой С. [c.798] Характер разрушения материала при ползучести в основном зависит от свойств материала при данной температуре. Углеродистая сталь при температурах не выше 550 , медь, свинец и некоторые лёгкие сплаш обычно разрушаются вязко, с образованием больших пластических деформаций и ше и. Разрушение специальных жаропрочных сталей, хорошо сопротивляющихся ползучести, сопровождается сравнительно небольшими деформациями и носит хрупкий характер, начинаясь обычно в местах концентрации напряжений. [c.798] Кривая релаксации схематически изображена на фиг. 662. Процесс релаксации можно разделить на две стадии первую (участок АВ кривой релаксации), в течение которой снижение напряжения в детали происходит весьма быстро с резко уменьшающейся скоростью релаксации, и вторую (участок ВС кривой), в течение которой снижение напряжения происходит значительно медленнее с постепенно убывающей скоростью релаксации. [c.798] Обычно принимают, что нарастание пластической деформации в процессе релаксации подобно нарастанию её при ползучести и что поэтому скорость релаксации можно вычислять по скорости ползучести. Исходя из этого предположения, казалось бы, не следовало заниматься специальным изучением явления релаксации. Однако существует и мнение, что скорость релаксации нельзя принимать за скорость ползучести, так как эти два процесса по существу не вполне тождественны, механизм возникновения и нарастания пластической деформации при релаксации несколько иной, чем при ползучести. [c.799] При релаксации уменьшение напряжений в детали вызывается нарастанием пластической деформации за счёт упругой деформации при неизменной длине детали, а при ползучести нарастание пластической деформации происходит исключительно за счёт удлинения детали. При этом общая деформация при ползучести значительно больше, чем при релаксации величина же деформации при высоких температурах может оказать существенное влияние на протекание ползучести, вызывая рекристаллизационные, диффузионные и другие процессы, отражающиеся иа сопротивлении материала пластической деформации. [c.799] Различными исследователями был предложен целый ряд формул, связывающих указанные величины. Ббльшая часть этих формул получена чисто эмпирическим путём и только некоторые из них построены, кроме того, ещё и на приближённых физических представлениях о протекании процесса ползучести. Поэтому ни одна из этих формул не отвечает достаточно хорошо опытным данным на широком диапазоне изменения напряжений, температур и времени. Большей частью расчёты по этим формулам удовлетворительно совпадают с опытными данными только на отде,тьиых участках кривой ползучести — главным образом, на участке установившейся ползучести. [c.799] В этих формулах к, п, а и Ь — некоторые коэффициенты, зависящие от свойств материала и температуры испытания. Вторая зависимость лучше совпадает с данными эксперимента, чем первая, зато использование её при расчётах приводит к значительному усложнению вычислений. Вместе с тем данных о коэффициентах й и /г в первой формуле получено значительно больше, чем данных о коэффициентах а и во второй формуле. Поэтому в настоящее время при расчётах на ползучесть чаще используют первую формулу. [c.801] В качестве примера в таблицах 40 и 41 приводятся данные о величине коэффициентов, входящих в первую формулу, для сталей и некоторых других материалов, испытанных на ползучесть при различных напряжениях и температурах. [c.801] Вернуться к основной статье