ПОЛЗУЧЕСТЬ МАТЕРИАЛОВ


ПОЛЗУЧЕСТЬ МАТЕРИАЛОВ
ПОЛЗУЧЕСТЬ МАТЕРИАЛОВ

       
медленная непрерывная пластич. деформация тв. тела под воздействием постоянной нагрузки или механич. напряжения. П. м. в той или иной мере подвержены все тв. тела — как кристаллические, так и аморфные, подвергнутые любому виду нагружений. П. м. имеет место при темп-pax от криогенных до темп-р, близких к темп-ре плавления. Поскольку деформация и скорость П. м. увеличиваются с возрастанием темп-ры, то её вредные последствия особенно проявляются при повыш. темп-pax.
ПОЛЗУЧЕСТЬ МАТЕРИАЛОВ
Кривая ползучести: АВ — участок неустановившейся (или затухающей) ползучести (I стадия); ВС — участок установившейся ползучести — деформации, идущей с постоянной скоростью (II стадия); CD — участок ускоренной ползучести (III стадия); Е0 — деформация в момент приложения нагрузки; точка D — момент разрушения.
П. м. описывается т. н. кривой ползучести (рис.), к-рая представляет собой зависимость деформации от времени при постоянных темп-ре и приложенной нагрузке (или напряжении). Кривая П. м. имеет одинаковый вид для широкого круга материалов — металлов и сплавов, ионных кристаллов, полупроводников, полимеров, льда и др. тв. тел. Структурный же механизм П. м., т. е. элементарные процессы, приводящие к П. м., зависят как от вида материала, так и от условий, в к-рых происходит ползучесть. Осн. механизмом П. м. (за исключением аморфных тел) явл. перемещение дислокаций и др. дефектов крист. решётки под воздействием механич. напряжений и темп-ры.
Высокое сопротивление П. м. явл. одним из факторов, определяющих жаропрочность. Для сравнит. оценки технич. материалов сопротивление ползучести характеризуют пределом ползучести — напряжением, при к-ром за данное время достигается деформация определённой величины. Иногда сопротивление П. м. характеризуют величиной скорости деформации по прошествии заданного времени.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ПОЛЗУЧЕСТЬ МАТЕРИАЛОВ

- непрерывная плас-тич. деформация материалов под воздействием пост. механич. нагрузки или напряжений. Ползучести подвержены все кристаллич. и аморфные твёрдые тела при всех видах механич. нагрузок. П. м. наблюдают как при темп-pax, близких к темп-ре жидкого гелия, так и при близких к темп-ре плавления. Однако с увеличением темп-ры Т 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 4002-2.jpgот времени f при пост. темп-ре Т и напряжении 4002-3.jpgописывают т. н. кривой ползучести (рис. 1). Процесс П. м. условно разбивают на стадии: I - неустановившаяся П. м., когда скорость деформации e непрерывно понижается (происходит упрочнение); II - установившаяся П. м.4002-4.jpgIII-стадия ускоренной П. м., к-рая заканчивается разрушением. Относит. протяжённость каждой стадии зависит от условий испытания или эксплуатации (от Т и 4002-5.jpg), свойств материала и его структуры (предварит, обработки).

4002-1.jpg

Рис. 1. Кривая ползучести.


Стадии I предшествует т. н. мгновенная деформация 4002-6.jpg к-рая возникает при приложении к испытываемому образцу (или в конструкции - к деталям) механич. нагрузки. При низких Т величина соизмерима с деформацией, к-рая накапливается в течение всей последующей ползучести 4002-7.jpgПри высоких Т накапливаемая деформация 4002-8.jpg

Неустановившаяся стадия ползучести. При повышенных Т неустановившаяся стадия П. м. наблюдается только в тех случаях, когда s вызывает появление e0. Если e0 очень мала, то участок, соответствующий стадии I, тоже весьма мал.

Скорость деформации e на стадии I меняется со временем t по закону

4002-9.jpg

где А- постоянная, зависящая от 4002-10.jpg При m = 1

4002-11.jpg

т. н. логарифмич. закон П. м.4002-12.jpg- постоянная, не зависящая от времени). Такая кинетика наблюдается при абс. темп-pax Т от 0,05 до 0,34002-13.jpg (темп-ры плавления материала) и 4002-14.jpg Согласно физ. модели, в недеформиров. материале имеется нек-рое кол-во источников дислокаций, к-рые активируются под влиянием приложенных 4002-15.jpgи тепловых флуктуаций. Со временем их число истощается. При повышении 4002-16.jpgи Т значение 4002-17.jpgи постоянная в ур-нии (2) увеличиваются, а величина т в (1) уменьшается. При m = 2/3

4002-18.jpg

На многих металлич. материалах наблюдают парабо-лич. ползучесть (или 4002-19.jpgползучесть). Величина 4002-20.jpgрастёт с повышением Т и 4002-21.jpg

Имеются эксперим. данные, полученные при повыш. темп-pax, к-рые не описываются ни логарифмической, ни параболич. зависимостями. Поэтому предложен ряд эмпирич. ур-ний, описывающих кинетику неустановившейся 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 термич. возврата. Напряжения течения при этом не изменяются со временем. Это записывается следующим образом:

4002-22.jpg

где 4002-23.jpgдеформац. упрочнение,4002-24.jpg термич. возврат, к-рый оценивают по уменьшению напряжений текучести при отжиге. Из (4) следует

4002-25.jpg

Эксперименты,4002-26.jpgпроведённые на металлах и сплавах, показывают, что 4002-27.jpgи 4002-28.jpg (с учётом влияния на возврат приложенных напряжений) совпадают. Непосредств. измерение 4002-29.jpgи её оценки по эксперим. значениям 4002-30.jpgи r для одного и того же металла дают хорошее совпадение.

Экспериментально установлено два осн. вида зависимости 4002-31.jpg от 4002-32.jpgВ первом случае 4002-33.jpgмодуль упругости) и 4002-34.jpgсправедливо соотношение

4002-35.jpg

где А 1 и В постоянные, не зависящие от 4002-36.jpgСоотношение (5) справедливо для мн. материалов (металлы и сплавы, керамика, полимеры, ионные кристаллы, полупроводники) в интервале 4002-37.jpgв к-ром 4002-31.jpg изменялось на 10 порядков. Во втором случае s/E=4002-39.jpg и Т> > 0,5 Т пл справедливо соотношение

4002-40.jpg

где A2 и n постоянные, не зависящие от 4002-41.jpgдля металлов n~4-5, а для металлич. твёрдых растворов 4002-43.jpg

С зависимостью 4002-44.jpgсвязано понятие предела ползучести - напряжения, при к-ром скорость П. м. имеет нек-рую заданную величину. При малых 4002-45.jpg когда e p накапливаемая деформация e весьма малы, отсутствует определённость относительно того, какая измеряется скорость, связанная со стадиями I и II или только со стадией II. Поэтому иногда под пределом ползучести понимают напряжение, к-рое вызывает заданную скорость П. м. через заранее установленный промежуток времени.

С темп-рой Т скорость 4002-46.jpg связана экспоненц. зависимостью

4002-47.jpg

Величину С обычно представляют как 4002-48.jpg- постоянная Больцмана, а 4002-49.jpgэнергия активации ползучести.4002-50.jpgявляется частью свободной Гиббса энергии 4002-51.jpg изменение энтропии ползучести.

С учётом эмпирич. зависимостей 4002-52.jpgдля относительно низких Т и высоких 4002-53.jpg

4002-54.jpg

Характер зависимости 4002-55.jpgот Т указывает на то, что П. м. является термически активируемым процессом, конкретный механизм к-рого зависит от свойств материала, темп-ры и напряжений. При низких Т, когда диффузия подавлена, одним из таких процессов в крис-таллич. материалах (прежде всего, в металлических и керамических) может быть преодоление сопротивления движению дислокаций со стороны периодич. по-тенц. поля кристаллич. решётки (т. н. внутр. напряжений s ВH Пайерлса - Набарро). Перемещение дислокаций в этом случае из одного положения в другое осуществляется не одновременно по всей её длине, а путём образования перегибов и их движения вдоль дислокации. При термич. активации перемещение дислокаций происходит при 4002-56.jpgменьших чем 4002-57.jpgП. м. с таким механизмом наблюдают при Т <0,2 T пл. Величина 4002-58.jpg для металлов составляет 20-75 кДж/моль, т. е.4002-59.jpgизменяется с темп-рой незначительно.

При Т от 0,2 до 0,5 Г пл4002-60.jpgопределяется тем, что скольжение дислокаций тормозится др. дислокациями, к-рые пронизывают плоскости скольжения. Пересечение дислокаций также термически активируемый процесс, связанный с образованием стяжек на расщеплённых дислокациях (степень расщепления зависит от энергии дефектов упаковки и величины 4002-61.jpgдействующих на дислокациях). В этой же области темп-р препятствия скольжению дислокаций могут преодолеваться путём поперечного скольжения. Переход расщеплённых дислокаций с одной плоскости на другую в результате поперечного скольжения также требует термич. активации процесса стяжки дефекта упаковки расщеплённых дислокаций. В изложенных случаях зависимость 4002-62.jpg от 4002-63.jpgи дописывается выражением (8), в к-ром акти-вац. объём и предэкспоненц. множитель зависят от конкретного атомного механизма возврата. При Т> 0,5 Т пл. скорость П. м. зависит от диффузионных процессов возврата. Если последний осуществляется путём переползания дислокаций от мест, где они застопорены (поля напряжений др. дислокаций и их образований, границы зёрен и пр.), то 4002-64.jpg описывается выражением

4002-65.jpg

Здесь 4002-66.jpgчастота колебаний атомов, s - вектор Бюргерса дислокаций, М- число источников дислокаций, 4002-67.jpg энергия активации ползучести для металлов, к-рая совпадает с энергией активации самодиффузии.

Известны также дислокац. модели, в к-рых процессом, ограничивающим скорость ползучести, является диффузия точечных дефектов от порогов на винтовых дислокациях. Они приводят 4002-69.jpg к зависимости от Т и 4002-68.jpgв виде (8).

При предплавильных темп-pax и напряжениях 4002-70.jpg < 4002-71.jpgнаблюдают т. н. диффузионную П. м.4002-72.jpg к-рая описывается выражением вида (9) при h = 1. Такая П. м. осуществляется без участия дислокаций и связана с направленным диффузионным переносом атомов в поле градиента приложенных напряжений, что приводит к изменению формы материала. В частности, при одноосном напряжении поликристаллич. материала возникает градиент концентрации вакансий между продольными и поперечными границами зёрен. Потоку вакансий отвечает равный по величине и обратный по направлению поток атомов (рис. 2). Эти потоки приводят к удлинению зерна в продольном направлении и сокращению в поперечном. Изменение формы зёрен сопровождается самосогласованным диффузионно-вязким течением по границам зёрен, что обеспечивает сохранение сплошности материала.

Рис. 2. Схематическое изображение потока атомов к поперечным границам (сплошные стрелки) и встречного потока вакансий к продольным границам (пунктирные стрелки) в зерне, к которому приложены напряжения.

4002-73.jpg


Диффузионная П. м. (т. н. Херринга - Набарро - Лифшица ползучесть) имеет пост. скорость и вызывает малую деформацию. Переползание неск. дислокаций в объёме зерна приводит к более высокой скорости течения, чем чисто диффузионный механизм П. м. Скорость диффузионной П. м. зависит от темп-ры и напряжений

4002-74.jpg

Здесь b - межатомное расстояние, d - линейный размер элементов структуры (в частности, зёрен), D и 4002-75.jpg коэф. и энергия активации объёмной самодиффузии. Если процесс диффузии осуществляется гл. обр. по границам зёрен и зёрна мелкие, а темп-ры ниже пред-плавильных, но более 0,5 Т, то диффузионная П. м., наз. ползучестью Кобла, определяется диффузией по границам зёрен:

4002-76.jpg (12)

где V - атомный объём,4002-77.jpg- эфф. ширина границы, по к-рой идёт диффузия. Диффузионная П. м.- осн. механизм, к-рым осуществляется спекание дисперсных порошков. Этот вид П. м. является аккомодац. механизмом снижения локальных концентраций напряжений, возникающих при ползучести.

4002-78.jpg

Рис. 3. Карта механизмов деформации при ползучести вольфрама (средняя величина зёрен 10 мкм).

Разнообразие механизмов деформации и зависимость их вклада в общую деформацию от величин Т и 4002-79.jpgдля конкретных материалов наглядно иллюстрируются т. н. картами механизмов деформации (рис. 3), на к-рых проводят кривые, отвечающие пост. скорости ползучести, к-рые определяют экспериментальным или расчётным путями.

Ускоренная ползучесть и разрушение. П. м. на стадии III часто может занимать половину и более общего времени ползучести от нагружения и до разрушения. На ней накапливается значительная (иногда и большая) часть деформации. На стадии III, когда идёт ускоренный процесс П. м., кинетика деформации не описывается единой зависимостью. На нач. этапах, когда скорость eIII превышает на 10-20 % 4002-80.jpg деформация

4002-84.jpg

при больших скоростях 4002-81.jpg величина деформации становится равной:

4002-82.jpg

Здесь К, N p М- постоянные, к-рые зависят от материала и увеличиваются при повышении Т и 4002-83.jpg

Ускоренную стадию наблюдают и в случае сжатия, когда сечение испытываемого объекта не уменьшается, а увеличивается. Установлено, что коэф. деформац. упрочения 4002-85.jpgна стадии 4002-86.jpgне изменяется, а остаётся таким же, как на стадии 4002-87.jpg Однако резко изменяется скорость возврата -r. Для 4002-88.jpg и p - постоянные, зависящие от материала и режима испытаний. Имеется прямопропорц. связь между изменением скорости возврата и скорости ползучести на стадии 4002-89.jpg

Если прервать проведение испытаний П. м. на первом этапе стадии III и провести отжиг, то свойства материала восстанавливаются. При переходе ко второму этапу стадии III П. м., кинетика к-рого описывается выражением (14), происходит необратимая повреждённость материала. Экспериментально для мн. материалов установлено постоянство произведения 4002-90.jpg 4002-91.jpg - время до разрушения).

Микроструктурные исследования разл. материалов в процессе П. м. выявили многообразные проявления дислокац. скольжения (прямолинейные, волнистые, поперечные следы скольжения, складки у стыков зёрен, полосы сброса). Установлено, что вблизи границ зёрен действует большее число систем скольжения, чем в их объёме. Вдоль границ зёрен возникают ступеньки, наблюдается миграция границ, в объёме зёрен образуются малоугловые субграницы, приводящие к фрагментации (полигонизации) исходных зёрен, увеличивается разориентировка между образовавшимися субзёр-нами. Анализ наблюдаемых изменений микроструктуры показывает, что ползучесть кристаллич. материалов является гл. обр. результатом дислокац. деформации. Термич. возврат также связан с перераспределением и аннигиляцией дефектов кристаллич. строения - линейных и точечных.

Стадия 4002-92.jpgП. м. оканчивается разрывом материала. Разрыв является лишь завершением процесса разрушения, к-рый протекает на всём или почти всём протяжении высокотемпературной П. м. Уже на стадии 4002-93.jpg обнаруживается образование несплошности материала, сопровождаемое уменьшением его плотности. На стадии II на границах зёрен выявляются поры и трещины, слияние к-рых друг с другом приводит к окончат. разрушению материала. Зародыши трещин и пор могут быть в материале до начала процесса ползучести либо образоваться в результате деформации. Рост пор осуществляется путём диффузии вакансий к ним, взаимного слияния пор и при несогласованности проскальзывания зёрен. Пути повышения сопротивления материалов такие же, как для повышения прочности при комнатных темп-pax. Это - упрочнение растворимыми добавками и создание структуры, содержащей дисперсные частицы вторых фаз. Трудностью при создании материалов с высоким сопротивлением П. м. является не получение необходимой структуры и фазового состава материала, а пх сохранение при высоких темп-pax длит. время.

Лит.: Физическое металловедение, 3 изд., т. 3, М., 1987, гл. 23; Розенберг В. М., Основы жаропрочности металлических материалов, М., 1973; Регель В. Р., Слуцк ер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974; Зубарев П. В., Жаропрочность фаз внедрения, М., 1985; Чадек И., Ползучесть металлических материалов, пер. с чеш., М., 1987.

В. М. Розенберг.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ПОЛЗУЧЕСТЬ МАТЕРИАЛОВ" в других словарях:

  • Ползучесть материалов — (последействие)  изменение с течением времени деформации твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. Ползучести в той или иной мере подвержены все твёрдые тела  как кристаллические, так и аморфные.… …   Википедия

  • Ползучесть материалов — – медленная непрерывная пластическая деформация твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. П. в той или иной мере подвержены все твёрдые тела как кристаллические, так и аморфные. Явление. Долгое время… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Ползучесть материалов — медленное нарастание малой по размеру и непрерывной по времени пластической деформации материала (в основном бетона) в сооружениях или изделиях при длительно действующих небольших постоянных нагрузках (напряжениях), меньших, чем те, которые… …   Строительный словарь

  • Ползучесть — материалов  медленная непрерывная пластическая деформация твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. Ползучести в той или иной мере подвержены все твёрдые тела  как кристаллические, так и аморфные. Содержание …   Википедия

  • Ползучесть — развитие деформаций грунта во времени при неизменном напряжении. Источник: ГОСТ 12248 96: Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Ползучесть — – медленная непрерывная пластическая деформация твердого тела под действием постоянной нагрузки или механического напряжения. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург 2002] Ползучесть – процесс непрерывного …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Ползучесть бетона и релаксация напряжений — – оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой: ползучесть при оценке трещиностойкости и деформативности конструкций, расчете на устойчивость и определении внутренних усилий в статически неопределимых… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Ползучесть —         материалов, медленная непрерывная пластическая деформация твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. П. в той или иной мере подвержены все твёрдые тела как кристаллические, так и аморфные. Явление П.… …   Большая советская энциклопедия

  • Ползучесть при сжатии огнеупорного изделия — – изотермическая деформация обожженного огнеупорного изделия, подвергнутого сжимающему напряжению, как функция времени, выраженная в процентах. [ГОСТ Р 52918 2008] Рубрика термина: Огнеупоры Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование,… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • ползучесть — Процесс непрерывного деформирования материала во времени при постоянной нагрузке. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 82. Строительная механика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 г.] ползучесть Изменение… …   Справочник технического переводчика

Книги

Другие книги по запросу «ПОЛЗУЧЕСТЬ МАТЕРИАЛОВ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.