ПОЛЗУЧЕСТЬ
материалов, медленная
непрерывная пластич. деформация твёрдого тела под воздействием постоянной
нагрузки или механич. напряжения. П. в той или иной мере подвержены все
твёрдые тела - как кристаллические, так и аморфные. Явление П. было замечено
неск. сот лет назад, однако систематич. исследования П. металлов и сплавов,
резин, стёкол относятся к нач. 20 в. и особенно к 40-м гг., когда в связи
с развитием техники столкнулись, напр., с П. дисков и лопаток паровых и
газовых турбин, реактивных двигателей и ракет, в к-рых значит, нагрев сочетается
с механич. нагрузками. Потребовались конструкционные материалы (жаропрочные
сплааы), детали из к-рых выдерживали бы нагрузки длительное время при
повышенных темп-pax. Долгое время считали, что П. может происходить только
при повышенных темп-pax, однако П. имеет место и при очень низких темп-pax,
так, напр., в кадмии заметная П. наблюдается при темп-ре -269 °С, а у железа
- пра - 169 °С.
Рис. 1. Пример кривой ползучести.
П. наблюдают при растяжении, сжатии, кручении
и др. видах нагружения. В реальных условиях службы жаропрочного материала
П. происходит в весьма сложных условиях нагружения. П. описывается т. н.
кривой ползучести (рис. 1), к-рая представляет собой зависимость деформации
от времени при постоянных темп-ре и приложенной нагрузке (или напряжении).
Её условно делят на три участка, или стадии: АВ -участок неустановившейся
(или затухающей) П. (I стадия), ВС - участок установившейся П.-
деформации, идущей с постоянной скоростью (II стадия), CD - участок ускоренной
П. (III стадия), ЕО - деформация в момент приложения нагрузки, точка
D - момент разрушения. Как общее время до разрушения, так и протяжённость
каждой из стадий зависят от темп-ры и приложенной нагрузки. При темп-pax,
составляющих 0,4-0,8 темп-ры плавления металла (именно эти темп-ры представляют
наибольший технич. интерес), затухание П. на первой её стадии является
результатом деформационного упрочнения (наклёпа). Т. к. П. происходит
при высокой темп-ре, то возможно также снятие наклёпа - т. н. возврат
свойств
материала. Когда скорости наклёпа и возврата становятся одинаковыми, наступает
II стадия П. Переход в III стадию связан с накоплением повреждения материала
(поры, микротрещины), образование к-рых начинается уже на I и II стадиях.
Описанные кривые П. имеют одинаковый вид для широкого круга материалов
- металлов и сплавов, ионных кристаллов, полупроводников, полимеров, льда
и др. твёрдых тел. Структурный же механизм П., т. е. элементарные процессы,
приводящие к П., зависит как от вида материала, так и от условий, в к-рых
происходит П. Физ. механизм П. такой же, как и пластичности.
Всё
многообразие элементарных процессов пластич. деформации, приводящих к П.,
можно разделить на процессы, осуществляемые движением дислокаций,
и
процессы вязкого течения. Последние имеют место у аморфных тел при всех
темп-pax их существования, а также у кристаллич. тел, в частности у металлов
и сплавов, при темп-pax, близких к темп-рам плавления. При постоянных деформациях
вследствие П. напряжения с течением времени падают, т. е. происходит релаксация
напряжений (рис. 2).
Рис. 2. а - кривые ползучести металлов
при различных нагрузках; б - кривые релаксации напряжения а при
постоянкой деформации.
Высокое сопротивление П. является одним
Теория П. близко примыкает к пластичности
Более полное описание П. даёт теория упрочения:
В механике полимеров обычно пользуются
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
из факторов, определяющих жаропрочность. Для сравнит, оценки технич.
материалов сопротивление П. характеризуют пределом ползучести - напряжением,
при к-ром за заданное время достигается данная деформация. В авиационном
моторостроении принимают время, равное 100-200 ч, при конструировании
стационарных паровых турбин - 100 000 ч. Иногда сопротивление П.
характеризуют величиной скорости деформации по прошествии заданного времени.
Скорость ё полной деформации Е складывается из скорости е
теории, однако в связи с разнообразием механич. свойств твёрдых тел
единой теории П. нет. Для металлов б. ч. пользуются теорией течения: е
f(o,t) (о - напряжение, t - время), к-рая удовлетворительно
описывает П. при напряжениях, изменяющихся медленно и монотонно, но имеет
существенно нелинейный характер зависимости е'
е'
анализа кратковременной П. при высоком уровне напряжений. Теория упрочения
правильно улавливает нек-рые особенности П. при изменяющихся напряжениях,
однако её применение связано с большими матем. трудностями.
теорией наследственности:
где K (t - t) - т. н. ядро последействия,
к-рое характеризует, в какой мере в момент времени t ощущается влияние
(последействие) на деформацию единичного напряжения, действовавшего в течение
единичного промежутка времени в более ранний момент t. Т. к. напряжение
действует и в др. моменты времени, то суммарное последействие учитывается
интегральным членом. Теория наследственности определяет полную деформацию
и даёт качеств, описание нек-рых более сложных явлений (напр., эффекта
обратной П.). Л. М. Кочанов. Лит.: Работнов Ю. Н., Сопротивление
материалов, М., 1962; Розенберг В. М., Основы жаропрочности металлических
материалов, М., 1973; Гарофало Ф., Законы ползучести и длительной прочности
металлов и сплавов, пер. с англ., М., 1968; Работнов Ю. Н., Ползучесть
элементов конструкций, М., 1966; Бугаков И. И., Ползучесть полимерных материалов,
М., 1973; Качанов Л. М., Теория ползучести, М., 1960; Малинин Н. Н., Прикладная
теория пластичности и ползучести, М., 1968; Работнов Ю. Н., Теория ползучести,
в кн.: Механика в СССР за 50 лет, т. 3, М., 1972.