Ползучести протекает

Значительная часть теплосилового оборудования работает при повышенных температурах под действием умеренных напряжений. В этих условиях в материале таких конструкций развиваются процессы ползучести. В зависимости от скорости развития процессов ползучести происходит зарождение и рост несгогош-ностей и разрушение деталей. Морфология разрушения материала определяется теми же процессами, которые контролируют скорость ползучести. В зависимости от температурно-силовых факторов эти процессы могут быть различными и соответственно различной будет морфология разрушения. Поэтому исследование характера разрушения позволяет оценивать области температур и напряжений, приводящих к разрушению, а следова-

Вязкое разрушение при ползучести происходит при высоких уровнях нагрузок. Снижение нагрузок приводит к развитию меж-зеренного разрушения. В зависимости от уровня температур и напряжений разрушение происходит преимущественно по одному из двух типов —образование клиновидных трещин или образование пор.

В течение всего процесса ползучести происходит рост пор от зародышевого размера до предельного, значение которого колеблется от 2 до 5 мкм в зависимости от условий испытаний. Способность к росту пор определяется их местоположением. Максимальной способностью к росту обладают поры, находящиеся на границах зерен, расположенных под углом 90° к направлению нагрузки. Поры, образовавшиеся в теле зерна у карбидных частиц, остаются на уровне зародышевых в течение всего процесса ползучести. Преимущественный рост пограничных пор является причиной того, что несмотря на равновероятность зарождения пор по границам зерен и субграницам крупные поры размером 1 мкм и выше наблюдаются в основном по границам зерен.

Помимо изменений в дислокационной структуре матрицы в процессе ползучести происходит миграция участков границ зерен между закрепленными точками — карбидными частицами. Процесс миграции участков границ приводит к перераспределению напряжений и росту их в местах закрепления, что способствует зарождению пор у карбидов. Известно [11], что межзе-ренное проскальзывание является одним из механизмов зарождения пор на границах зерен. В [10] обнаружено межзеренное проскальзывание при длительной ползучести также и в стали 12Х1МФ в условиях эксплуатации.

В предыдущем разделе рассмотрены усадочные напряжения в типичном боропластике с однонаправленной и ортогональной схемами армирования с температурой цикла отверждения 177°С и последующим охлаждением до эксплуатационной температуры 24 °С. Считалось, что температура снижается мгновенно. Поэтому процесс ползучести происходит как бы при комнатной температуре. Скорости ползучести большинства эпоксидных смол увеличиваются с ростом температуры, особенно вблизи температуры отверждения. Некоторые данные о ползучести этих смол в диапазоне температур от 24 до 177 °С приведены в приложении I. Если процесс охлаждения протекает медленно, так что деформации ползучести в матрице успевают компенсировать термические усадочные деформации, то можно ожидать снижения усадочных напря-

ния на характер процессов циклического упрочнения и разупрочнения. Эти особенности объясняются, по-видимому, тем, что в экстремальных точках цикла деформирование материала происходит в различных условиях. При t = tm^ материал деформируется в упруго'пластической области, происходит холодный наклеп, а при t = tma^ развиваются пластические деформации и деформации ползучести, происходит коагуляция фаз, выпадение карбидов, достаривание, частичная рекристаллизация [64, 78].

На рис. 3, в приведено влияние пластичности и ползучести материала на термонанряженное состояние образцов в Т — ст-диаграм-ме при наложении вибрации. На этом же графике наложены кривые о"02 = / (Т) и кривые, соответствующие ползучести 10~6 г"1 и 1 г"1. Из графика видно, что в полуцикле нагрева (сжатия) происходит значительное превышение параметров в цикле о и Т кривых текучести. В результате текучести материала и его ползучести происходит существенное изменение параметров цикла: цикл, изображенный кривыми 1, переходит в цикл, изображенный кривыми 2. При этом экстремальные значения напряжений повышаются

этом максимальное накопление деформации ползучести происходит в первом полуцикле нагру-жения, затем (до 200-го цикла) этот процесс несколько замедляется; минимальная деформация ползучести в цикле получена на базе испытаний от 200 до 10000 циклов.

Рассмотрим другой случай, когда напряжение и деформацию нельзя считать независимыми от времени, когда нужно учитывать и продолжительность действия нагрузки. При расчете напряженного и деформированного состояния в зависимости от времени действия нагрузки, как уже отмечалось, приемлемы методы теории вязко-упругости. При этом наряду с проявлением ползучести происходит значительное падение прочности в зависимости от возрастающей продолжительности действия нагрузки. Таким образом, необходимо рассчитывать размеры несущих элементов конструкций с учетом времени прочности материала.

В оболочках под воздействием внешних нагрузок, меньших критических значений при мгновенном деформировании, в условиях ползучести происходит существенная эволюция напряженно-деформированного состояния, что в некоторый (критический) момент времени может привести к потере устойчивости. В связи с этим исследования изгиба и устойчивости при ползучести имеют важное научное и практическое значение.

В процессе ползучести происходит накопление дефектов строения кристаллической решетки.

Фактическая площадь касания сопряженных деталей не является постоянной величиной, а со временем увеличивается в результате процесса ползучести. Одновременно увеличиваются контактные деформации. Особенно интенсивно процесс ползучести протекает при повышенных температурах. Непостоянство во времени фактической площади касания сопряженных поверхностей, нагруженных высокими давлениями, приводит к изменению контактной жесткости, электрического сопротивления контакта и других свойств сопряжений. В ко-jl нечном счете эти факторы могут оказывать существенное!; влияние на работоспособность приборов и точных механизмов^-

Процесс ползучести можно разделить на три стадии (фиг. 30). В первой стадии ползучести (АВ) скорость деформации постепенно уменьшается. Во второй стадии (ВС) процесс ползучести протекает с постоянной во времени скоростью, которая зависит от напряжения и температуры.

Процесс ползучести можно разделить на три стадии (фиг. 34). В первой стадии ползучести (АВ) скорость деформации постепенно уменьшается. Во второй стадии (ВС) процесс ползучести протекает с постоянной во времени скоростью, которая зависит от напряжения и температуры.

Фактическая площадь касания сопряженных деталей не является постоянной величиной, а со временем увеличивается в результате процесса ползучести. Одновременно увеличиваются контактные деформации. Особенно интенсивно процесс ползучести протекает при повышенных температурах. Непостоянство во времени фактической площади касания сопряженных поверхностей, нагруженных высокими давлениями, приводит к изменению контактной жесткости, электрического сопротивления контакта и других свойств сопряжений. В конечном счете эти факторы могут оказывать существенное влияние на работоспособность приборов и точных механизмов.

Наконец, следует опасный III период нарастающей ползучести — участок be, когда наступает разрушение детали — точка с и которому предшествует сильная пластическая деформация, например раздутие труб поверхности нагрева. Надежная работа деталей возможна только в пределах периода II установившейся ползучести. При более высокой температуре (tz и tz) процесс ползучести протекает аналогично, но более активно во времени: скорость установившейся ползучести повышается, а разрушение наступает раньше. Напряжение, при котором скорость ползучести во II периоде не превышает заданной, или напряжение, вызывающее за заданный срок службы суммарную деформацию не более некоторого безопасного, допустимого предела, называют условным пределом ползучести 0П- Для большинства марок стали допускается предельная суммарная деформация в 1% за 100 тыс. ч работы. Этому соответствует скорость ползучести оп=10~7 мм/мм -ч, или

В основном жаропрочные материалы, используемые в технике, являются поликристаллами и процесс ползучести протекает в основном за счет перемещения дислокаций. Ползучесть, как уже сказано, сопровождается структурными превращениями, связанными с влияниями температуры и напряжения. В этом процессе очень важное место занимает один из факторов — время. На крат-

При действии вибрации наблюдается виброползучесть. Если на постоянную нагрузку, вызывающую ползучесть, наложить вибрационную силу, то процесс ползучести протекает значительно быстрее (см. параграф 5).

межзеренная деформация, при которой длительный процесс образования и развития трещин при ползучести протекает преимущественно по границам зерен, реализуется в условиях малых (умеренных) напряжений и высоких температур;

Во второй стадии (участок А В) устанавливается равновесие между механическим упрочнением и термическим разупрочнением, и процесс ползучести протекает с минимальной постоянной во времени скоростью ?min, которая зависит от напряжения и температуры. Длина второго участка уменьшается с увеличением напряжения. При больших напряжениях она может стянуться в точку.

Как отмечалось выше, во второй стадии процесс ползучести протекает с постоянной скоростью. Поэтому во второй стадии

Как отмечалось в § 1, при испытании на ползучесть в случае постоянной во времени растягивающей силы напряжение можно приближенно считать постоянным только при малых деформациях, обычно не более 5 %. При больших деформациях за счет уменьшения площади поперечного сечения напряжение увеличивается во времени, и, следовательно, процесс ползучести протекает при изменяющихся во времени напряжениях. Поэтому для исследования его можно использовать ту или иную теорию ползучести и построить теоретическую кривую ползучести при деформациях, больших 5 %, на основании результатов испытания на ползучесть при деформациях, меньших 5 %, когда напряжение можно считать постоянным [3, 50].

Так как /я^>1, а т неограниченно возрастает, то напряжение в стержне падает, стремясь со временем к нулю. В начале процесса релаксации напряжение быстро падает; релаксация напряжений в материалах, характеризуемых большей скоростью ползучести, протекает более интенсивно.