Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
ПОЛЗУЧЕСТЬ МАТЕРИАЛОВ — непрерывная плас-тич. деформация материалов под воздействием пост, механич. нагрузки или напряжений. Ползучести подвержены все крнсталлич. и аморфные твёрдые тела при всех видах механнч. нагрузок. П. м. наблюдают как прн темп-pax, близких к темп-ре жидкого гелия, так .и прн близких к темп-ре плавления. Однако с увеличе-
нпем темп-ры T скорость П. м. растёт, что ограничивает долговечность конструкций, работающих при пост, нагрузках и повыш. темп-pax. Малая скорость П. м.— гл. требование, предъявляемое к жаропрочным материалам. Существ, техн. значение имеет ползучесть металлич. материалов и керамики при повыш. темп-pax и давлениях.
Зависимость величины деформации е от времени t при пост, темп-ре T и напряжении о описывают т. н. кривой ползучести (рис. 1). Процесс П. м. условно
разбивают иа стадии: I — неустаиовившаяся П. м., когда скорость деформации E непрерывно понижается {происходит упрочнение); II — установившаяся П. м. еуст = const; III— стадия ускоренной П. м., к-рая заканчивается разрушением. Относит, протяжённость каждой стадии зависит от условий испытания или эксплуатации (от T и о), свойств материала и его структуры (предварит. обработки).
Стадии I предшествует т. н. мгновенная деформация е0, к-рая возникает прн приложении к испытываемому образцу (или в конструкции — к деталям) механич. нагрузки. При низких T величина соизмерима с деформацией, к-рая накапливается в течение всей последующей ползучести (е « е0). При высоких T накапливаемая деформация е » е0.
Неустановившаися стадии ползучести. При повышенных T неустаиовившаяся стадия П. м. наблюдается только в тех случаях, когда о вызывает появление е0. Если е0 очень мала, то участок, соответствующий стадии I, тоже весьма мал.
Скорость деформации е на стадии I меняется со временем t по закону
i — (1) где А — постоянная, зависящая от ст н Т\ 0 < m ^ 1. При m — 1
г—а In f+const t (2)
т. н. логарифмич. закон П. м. (а — постоянная, не зависящая от времени). Такая кинетика наблюдается прн абс. темп-pax T от 0,05 до 0,3 J1njl (темп-ры плавления материала) и е < 0,3%. Согласно физ. модели, в иедеформиров. материале имеется иек-рое кол-во источников дислокаций, к-рые активируются под влиянием приложенных о н тепловых флуктуаций. Co временем их число истощается. Прн повышении о и T значение а и постоянная в ур-нии (2) увеличиваются, а величина m в (1) уменьшается. Прн тп — 2/3
B=Pi1^-J-Const. (3)
На многих металлнч. материалах наблюдают парабо-лич. ползучесть (нли Р-ползучесть). Величина P растёт с повышением T на.
Имеются эксперим. данные, полученные при повыш. темп-pax, к-рые не описываются ни логарифмической, ии параболнч. зависимостями. Поэтому предложен ряд эмиирнч. ур-ннй, описывающих кинетику неустаиовив-шейся П. м.,— степенные ряды, экспоненциальные ф-ции, комбинации разл. ф-ций.
Установившаяся ползучесть. Установившуюся П. м. рассматривают как динамич. равновесие процессов де-формац. упрочнения и термнч. возврата. Напряжения течения прн этом не изменяются со временем. Это записывается следующим образом:
‘г°=('їг)л!+('5г)л“0, <4>
где доїде, = х — деформац. упрочнение, daldt = —г — термин, возврат, и-рый оценивают по уменьшению
напряжений текучести при отжиге. Из (4) следует de dt
Эксперименты, проведённые на металлах и сплавах, показывают, что еуст н г (с учётом влияния на возврат приложенных напряжений) совпадают. Неиосредств. измерение еусх и её оценки по эксперим. значенням X И г для одного н того же металла дают хорошее совпадение.
Экспериментально установлено два осн. вида зависимости еуст ого. В первом случае о/ E ^ IO"4 (E — модуль упругости) п T < 0,5 Ttnjl справедливо соотношение
еуст= ^iexp(Sa), (5)
где А х и В постоянные, не зависящие от о. Соотношение (5) справедливо для ми. материалов (металлы и сплавы, керамика, полимеры, ионные кристаллы, полупроводники) в интервале о, в к-ром еуст изменялось иа 10 порядков. Во втором случае <у/Е = 10~4— 10“6 и T > > 0,5 ТПл справедливо соотношение
8yCT=^2°n> (6)
где A2 и п — постоянные, ие зависящие от ст; для металлов п х 4—5, а для металлич. твёрдых растворов п я: 3.
С зависимостью є от о связано понятие предела ползучести — напряжения, прн к-ром скорость П. м. имеет нек-рую заданную величину. При малых о, когда є и накапливаемая деформация е весьма малы, отсутствует определённость относительно того, какая измеряется скорость, связанная со стадиями I и II или только со стадией II. Поэтому иногда под пределом нол-зучестн понимают напряжение, к-рое вызывает заданную скорость П. м. через заранее установленный промежуток в ремени.
С томп-рой T скорость eVoP связала экспоненц. зависимостью У
ёуСтс/эехр(—CjT). (7)
Величину С обычно представляют как ДHlk, где k — постоянная Больцмана, a АН — т. и. энергия активации ползучести. Aff является частью свободной Гиббса энергии AG = Aff — TAS, AS — изменение энтропии ползучести.
С учётом эмпирич. зависимостей еуст от о для относительно низких T и высоких о
/ ДН—ао \
