Ползучесть, последействие и релаксация
Известно, что при повышенной температуре и длительном действии нагрузки постоянной величины деформации детали с течением времени возрастают. Например, в процессе эксплуатации увеличиваются размеры дисков и лопаток газовых турбин, растут деформации обшивки самолетов при высоких скоростях полетов. Наблюдается также постепенное уменьшение напряжений в нагруженной детали при неизменной величине деформации. Например, с течением времени уменьшается сила давления пружины на плиты пресса при неизменном расстоянии между ними, уменьшается предварительная затяжка болтовых соединений и т. д. Отмеченные изменения, как правило, носят необратимый характер. Это явление принято определять термином - ползучесть материала.
Ползучестью называется явление изменения во времени напряжений и деформаций в нагруженной детали. Различают два случая ползучести - последействие и релаксацию.
Последействием, или собственно ползучестью, называется явление роста деформаций при постоянных напряжениях, а релаксацией - уменьшение напряжений при постоянной деформации.
Последействие может быть упругим и пластическим. Последействие при упругих деформациях выражается в том, что своего конечного значении деформации достигают при нагружении, и при разгрузке исчезают полностью не сразу, а по истечении некоторого времени. При пластическом последействии процесс роста деформаций развивается во времени, является необратимым и может привести к разрушению детали без увеличения нагрузки.
Падение напряжений при релаксации является следствием постепенного увеличения пластических деформаций (ползучести) в результате уменьшения упругих. Ползучесть металлов изучается большей частью на опытах по растяжению стержней при постоянной нагрузке и температуре. Зависимость роста относительного удлинения от времени деформирования образца при постоянных напряжениях и температуре представляется графически кривыми ползучести (Рисунок 4.16). Вначале, как видно из диаграммы, деформации ползучести быстро нарастают, затем процесс стабилизируется и деформации растут с постоянной скоростью. На третьей стадии перед разрушением образца скорость возрастания деформаций вновь увеличивается. В это время на образце часто появляется шейка, как и при испытаниях на разрыв в условиях нормальной температуры.
Длительная прочность
Для оценки прочности деталей, длительное время находящихся в нагруженном состоянии в условиях повышенных температур, вводится понятие предела длительной прочности.
Пределом длительной прочности называется напряжение, подсчитанное по первоначальной площади сечения образца, при котором происходит разрушение образца при данной температуре через заранее заданный промежуток времени. Этот промежуток времени называется базой испытания.
База испытания назначается исходя из срока службы детали, и колеблется от нескольких часов до нескольких лет. Металлы, применяемые в авиационных двигателях и конструкциях, подвергаются обычно кратковременным испытаниям на базе порядка 100 – 200 ч. Предел длительной прочности на базе 100 ч обозначается через σ100. С увеличением температуры и базы испытания предел длительной прочности, естественно, уменьшается.
Рисунок 4.16 Кривая ползучести