Явление необратимого роста деформации твердого тела со временем при постоянной нагрузке.
Ползучесть связана с пластичностью и особенно свойственна мягким материалам вроде полимеров. Деформация тела, возникающая вследствие ползучести, носит необратимый характер.
Особенности ползучести
Ползучесть растет с повышением температуры, что необходимо учитывать при проектировании машин и механизмов, предназначенных для работы в условиях больших нагрузок при высокой температуре.
В углеродистых сталях и чугуне ползучесть начинает проявляться при температурах 300-400 °C, в легированных сталях – при температурах, превышающих 500 ° C. При сравнительно невысоких температурах ползут легкие алюминиевые и магниевые сплавы, которые широко применяются в авиации. Ползучесть свойственна также пластмассам, текстилю, резине, стеклу и др.
Для строителей важной проблемой является ползучесть бетона, древесины, в горной механике и геофизике большое значение имеет ползучесть горных пород и льда.
Схематическое изображение роста удлинение со временем при постоянном напряжении
Ползучесть также представляет опасность для нормальной работы ответственных конструкций. Например, лопатки и диски газовых и паровых турбин, которые во время работы подвергаются воздействию больших центробежных сил и высоких температур, постепенно деформируются в радиальном направлении, что может привести к истощению зазора между лопаткой и корпусом турбины, разрушению лопатки и выхода из строя турбины.
Ползучесть обусловлена различными медленными процессами, которые могут протекать в материалах: диффузией, переползанием дислокаций и др.
Граница ползучести
Напряжение, при котором скорость деформации (на постоянном участке ползучести) или деформации ползучести за определенное время достигает заданной величины.
Обычно при конструировании изделий из сталей для расчетов используют данные, полученные при испытаниях на ползучесть для средних скоростей ползучести величин порядка от 10-6 до 10-8 с-1 (10 … 0,1% за 100000 часов).
Величина предела ползучести зависит не только от свойств материала, но и от температуры и заданной скорости ползучести. Чем выше температура или меньше заданная скорость ползучести, тем ниже будет граница ползучести для одного и того же материала. Напротив, чем ниже будет температура или чем больше заданная скорость ползучести, тем больше будет граница ползучести.
Таким образом, граница ползучести является условной характеристикой.
Испытания на ползучесть
Цель испытаний на ползучесть состоит в установлении величины напряжений, которые вызывают практически допустимую по величине остаточную деформацию материала за установленный период непрерывного испытания образца или службы данной детали. Размер таких напряжений для нагретого материала оказывается намного ниже обычной границы упругости, которая определяется по этой же температуре.
В результате испытания определяют границу ползучести материала . Стандартные испытания на ползучесть имеют меньшую продолжительность (порядка нескольких тысяч часов), чем продолжительность реальных процессов эксплуатации детали или материала. За этот период абсолютная остаточная деформация, например образца с расчетной длиной 100 мм, для диапазонов скоростей ползучести, изменится лишь на 0,1 - 0,001 мкм. А в случае же реальной эксплуатации (при значительно больших сроках службы), этот показатель соответственно в разы увеличится. В связи с этим непосредственное определение границ ползучести за реальный срок испытаний практически не представляется возможным из-за погрешности измерения деформаций, который составляет ± 0,2 мкм.
Поэтому единственно возможным выходом является применение метода экстраполяции от величины предела ползучести, определенной непосредственно при скоростях в 103-105 раз больших, чем нужно, к величине при малой скорости. Итак, экстраполяция является неизбежной операцией при определении предела ползучести.
Вы можете заказать написание статьи по физике для публикации на Студворк!
Комментарии