Ползучесть материалов

Для конструкционных материалов ползучесть наблюдается обычно выше 300°С в зависимости от марки материала. Явлению пол­зучести подвержены такие узлы и детали нефтепереработки, как на­гревательные трубчатые печи, реакторы и т.д. Необходимо отметить, что ряд материалов подвержены ползучести при сравнительно низких температурах и, даже при нормальных условиях. К таким материалам можно отнести некоторые виды пластмасс, резин, каучуков, свинец, алюминий и т.д.

Ползучесть различают при различных видах нагружения:

Кручения, растяжении – сжатия, изгибе, а также при сложном комплексном нагружении. Однако основным видом испытания материалов на ползучесть является испытание в условиях растягивающих нагрузок. Это связано с хорошей воспроизводимостью результатов испытаний.

При постоянном напряжении и при заданной температуре, вели­чина деформации образца с течением времени увеличивается

где - полная деформация образца;

_уп - упругая составляющая деформации;

_пл - пластическая остаточная составляющая деформа­ции.

График, характеризующий зависимость полной или пластиче­ской деформации при постоянной температуре и постоянном напря­жении, называется кривой ползучести. Типичная кривая материала представлена на рисунке 3.17.

Рисунок 3.17 – Схема кривых ползучести:

а – типичная кривая; б – семейство кривых при различных температурах.

При нагружении образца в первоначальный момент достигается упругая или упруго – пластическая деформация (участок ОА), а затем развиваются во времени деформации ползучести. Обычно различают три стадии ползучести

(рисунок 3.17а). Первая стадия (участок АВ) соответствует неустановившейся ползучести, когда скорость дефор­мации непрерывно уменьшается, стремясь к некоторой постоянной скорости, характеризующей вторую стадию – стадию установившей­ся ползучести (участок ВС). Третья стадия, предшествующая разру­шению, характеризуется увеличением скорости деформирования за счёт уменьшения сечения образца. При этом либо образуется шейка (вязкое разрушение), либо с течением времени появляются трещины внутри образца без заметных местных деформаций (хрупкое разрушение). В первом случае излом носит внутрикристаллитный характер и развивается при сравнительно низких температурах и больших ско­ростях деформирования. Во втором случае излом носит межкристаллитный характер и возникает при высоких температурах и относи­тельно низких скоростях деформирования. Таким образом, при повышении температуры при одном и том же времени до разрушения происходит переход от вязкого разрушения к хрупкому. С другой стороны при одной и той же температуре вязкое разрушение сменяет­ся хрупким с увеличением времени до разрушения. Процесс потери пластичности во времени носит название охрупчивание.

На рисунке 3.17б показано семейство кривых, которые получе­ны при различных температурах в условиях постоянства напряжений.

Количественно ползучесть выражается скоростью, которую на­зывают скоростью деформации образца (мм /мм ч)

Для сопоставления сопротивления ползучести различных мате­риалов введена условная характеристика, называемая пределом пол­зучести . Условным пределом ползучести называется напряжение, при котором деформация ползучести или скорость деформации за оп­ределённый промежуток времени при данной температуре не превы­шает определённой величины. Соответственно деформация в 1% за 10⁴ или 10⁵ часов и скорость ползучести 10^-6 или 10^-7 мм/мм ч. Если напряжения определяют по величине деформации, то условный пре­дел ползучести обозначают , если же скорости ползучести или .

Для примера приведём характеристики стали 20 при температуре 400 °С:

= 420 МПа, = 280 МПа, = 930 мм/мм ч, = 100 МПа при деформации в 1% за 10 часов.

Дата добавления: 2014-01-07