0: Постоянные нагрузки, не приводящие к заметной деформации металлических конструкций, в холодном состоянии вызывают значительную деформацию узлов и деталей при нагреве.
1: Деформация, возникающая при одновременном действии постоянной нагрузки и нагрева, называется ползучестью ползучесть может привести к авариям.
2: Для борьбы с ползучестью предусматривают запас прочности, меры охлаждения или использования специальных материалов.
3: Особенно важно явление ползучести учитывать при разработке металлургического и энергетического оборудования авиационных двигателей, а также всюду, где нагретый металл находится под действием напряжений.
4: Чтобы полнее представить явление ползучести, необходимо вспомнить связь между напряжением и деформацией.
5: Зависимость между напряжением и деформацией выражается графиком.
6: Линейная часть графика заканчивается пределом упругости эта часть диаграммы воспроизводит закон гука удлинение образца пропорционально приложенному механическому напряжению.
7: Упругая деформация в различного назначения пружинах и металлических конструкциях может сохраняться годами или повторяться многократно.
8: При напряжениях, превышающих предел упругости, располагается участок пластической, то есть остаточной деформации, которая не исчезает при снятии нагрузки.
9: Пластическая деформация упрочняет материал это свойство металлов и сплавов называется наклёпом.
10: Если нагруженный металл находится в нагретом состоянии, долгое время под напряжением даже ниже предела упругости, то возникает, наряду с его термическим расширением, новое добавочное удлинение это проявление ползучести.
11: Удлинение, возникшее в результате ползучести, уже не упругое, а необратимое, пластическое.
12: Ползучесть необходимо учитывать, когда в напряжённой нагретой конструкции, предназначенной для долговременной эксплуатации, допускаются крайне малые деформации.
13: В современных паровых турбинах колоссальных мощностей и сверхвысоких параметров пара необходимо использовать для изготовления деталей специальные жаропрочные сплавы.
14: Деформация ползучести и её скорость зависит от 3 факторов напряжения, температуры и времени, увеличиваясь с Ростом каждого из этих факторов.
15: Удлинение, вызываемое ползучестью, иллюстрируется кривой, снятой при постоянном напряжении и постоянной температуре.
16: Кривая ползучести начинается с мгновенной деформации.
17: Затем идёт деформация, скорость которой все время понижается, это так называемый участок 1 стадии ползучести, которая выражается формулой.
18: Затем следует участок 2 стадии здесь ползучесть идёт с постоянной скоростью, эту стадию называют стадией установившейся ползучести.
19: Далее следует участок 3 стадии ползучести, на которой скорость деформации непрерывно возрастает, а деформация может достигнуть аварийных величин.
20: При увеличении напряжений растёт величина накапливаемой деформации, сокращается время каждой стадии, общее время до разрушения уменьшается.
21: На скорость ползучести влияет и повышение температуры.
22: Скорость ползучести, величина деформации растут, время до разрушения уменьшается.
23: Ползучесть становится особенно заметной при достижении интервала температур, близкого к половине температуры плавления металла.
24: Для наиболее употребительных материалов, например, алюминиевых сплавов и сталей интервалы допустимого нагрева определяются этими величинами.
25: Деформация ползучести алюминиевого сплава обнаруживается даже при комнатной температуре, а при 400 градусах достигает больших величин.
26: Для углеродистой стали она становится заметной уже при 300 градусах и критической при 700.
27: Ползучесть является своеобразным проявлением пластической деформации.
28: В начале при возникновении пластической деформации замечается искажение поверхности.
29: Это проявление сдвигов в металле, которые, в свою очередь, являются движением дислокации.
30: Дислокации взаимодействуют между собой, движение их затрудняется.
31: Часть из Десятков миллионов дислокаций образует скопление, что обуславливает дислокационное упрочнение материала, то есть упоминавшийся ранее наклёп.
32: Не все дислокации распространяются через все зерно, такое явление крайне редко чаще всего они останавливаются внутри зерна или на границах зёрен, но границы зёрен являются не только препятствием для перемещения.
33: Дислокации. При высоких температурах наблюдается проскальзывание по границам зёрен под понятием проскальзывание по границам зёрен обычно понимают и относительное смещение зёрен по поверхности границы, и
34: Деформацию в приграничных областях, проскальзывание по границам, так же как и скольжение в зёрнах, происходит на всех 3 стадиях ползучести, проскальзывание скольжения тем больше, чем выше температура.
35: Число и распределение дислокаций определяют характер кривой ползучести, скорость деформации на 1 стадии ползучести постепенно уменьшается из за повышения плотности дислокации металл упрочняется.
36: Процесс переходит во 2 стадию, на которой даже при низких температурах в кристаллах возникают атомные пустоты, вакансии и внедрённые атомы.
37: С повышением температуры за счёт тепловых колебаний атомов число вакансий и внедрённых атомов увеличивается.
38: Вакансии, встречаясь с дислокациями и взаимодействуя с ними, приводят к переползанию дислокаций, то есть к перемещениям их в другие плоскости скольжения.
39: Такой механизм пластической деформации эффективен при температуре выше половины от температуры плавления.
40: Следовательно, повышение температуры, увеличивая число вакансий, облегчает движение дислокаций как скольжение, так и переползание уменьшает их, скопление разупрочняется, то есть способствует ползучести.
41: Образование субграниц объясняется тем, что, переползая разноимённые дислокации, взаимно уничтожаются, одноимённые выстраиваются друг над другом и образуют стенки, которые являются границами субзерен вызыва.
42: Упрочняющий эффект, что тоже затрудняет ползучесть.
43: Когда скорости дислокационного упрочнения и термического разупрочнения становятся одинаковымми, устанавливается постоянная для данного материала и условий испытаний скорость ползучести.
44: На 3 участке кривой ползучести при относительно низких температурах и высоких напряжениях процесс разрушения связан с возникновением и Ростом клиновидных трещин.
45: При высоких температурах и деформациях число вакансий резко возрастает особенно легко вакансии образуются у границ зёрен, перпендикулярных действующим напряжениям здесь происходит зарождение и коагуляция вакансий в поры.
46: Зародышами пор могут служить дефекты, присущие кристаллам места взаимодействия, скольжения внутри зёрен и проскальзывания по границам зёрен.
47: Со временем поры увеличиваются, сливаются и образуют трещины в металле это сопровождается Ростом скорости ползучести, металл разрушается.
48: Кроме ползучести, связанной с движением дислокаций, существует без дислокационная ползучесть чисто диффузионного характера, которая начинает преобладать при температурах, близких к предлавинной, и малых напряжениях.
49: Характерным отличием кривой диффузионной ползучести от ползучести, связанной с движением дислокаций, является отсутствие 1 стадии.
50: Рассмотрим отдельное зерно поликристалла, к которому приложено растягивающее напряжение.
51: Растяжение кристалла вызывает образование растянутых областей решётки по направлению действия напряжения и сжатых в перпендикулярном направлении это облегчает возникновение вакансии в растянутых участках и их отток в сжатые области.
52: Такое явление эквивалентно переходу атомов из сжатых в растянутые области.
53: Подобное движение атомов приводит к ползучести, которая и называется диффузионной она имеет место только при высоких температурах, при этом напряжения могут быть гораздо меньшими, чем требуется для зарождения движения дислокаций.
54: Для техники важен абсолютный уровень нагрева, многие металлические материалы должны, подвергаясь большим напряжениям, работать длительное время при высоких температурах, поэтому необходимо создание структур, в которых затруднён.
55: Образование и движение дислокаций и замедлена диффузия.
56: Обычно такие материалы представляют собой сплавы на достаточно тугоплавкой основе, в которых в результате специальной термической обработки образуются мелкие, стабильные к изменениям температуры частицы они задерживают движение дислока.
57: Например, такие частицы, образовавшиеся в любом металле, увеличивают его жаропрочность в десятки и сотни раз.
58: Укрупнение упрочняющих частиц, возникновение вакансий.
59: Переползание дислокаций, дробление на субзерна.
60: Диффузионная ползучесть все эти процессы связаны со скоростью атомной диффузии, но она зависит от сил, связывающих атомы в сплаве, поэтому важнейшим фактором жаропрочности является сила.
61: Межатомных связей.
62: Чем выше температура плавления металла, тем прочнее его межатомные связи и для усиления жаропрочности создают сплавы на более тугоплавкой основе, вместе с тем введение легирующих элементов тоже увеличивает жаропрочность дан.
63: Основы сплава.
64: Обратите внимание, насколько усложнилась микроструктура жаропрочного материала по сравнению со структурой его основы.
65: В связи с развитием в современной технике высокотемпературных процессов жаропрочность материалов приобретает особо важное значение.
66: Разгадка тайн, жаропрочности металлов и сплавов требует глубокого проникновения в ещё во многом неясный механизм их ползучести.