12.2. Ползучесть материалов

До сих пор при изучении пластической деформации предполагалось, что деформация возникает одновременно с приложением напряжений и если =Сonst, то дальнейшего деформирования не происходит.

На самом деле кроме параметров  и  необходимо учитывать время t.

С учетом временного фактора строят кривые =f(,t) при пластической деформации при следующих условиях:

а) при постоянной скорости деформации

;

б) при постоянной нагрузке

;

в) при постоянной деформации

.

На практике, в основном, изучают кривые при.

Процесс деформирования материала во времени при постоянной нагрузке получил наименование ползучести.

При малых скоростях нагружения формула ползучести имеет вид

.

12.3. Другие механические свойства

Усталость – уменьшение прочностных свойств в результате длительной эксплуатации.

Выносливость – это сопротивление усталости.

Предел выносливости – _в – максимальное напряжение, которое может выдержать материал без разрушения при произвольном числе перемен нагрузки.

Предел выносливости находят из графика зависимости  от числа N циклов нагрузки до разрушения

Старение – изменение свойств стали с течением времени без заметного изменения микроструктуры.

Живучесть – долговечность материала от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 1мм до окончательного разрушения.

Износ (изнашивание) – процесс отделения материала с поверхности твердого тела (или увеличение его остаточной деформации при трении), проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы тела.

Износостойкость – свойство материалов оказывать сопротивление износу. К механическому износу относят абразивное, гидроабразивное, эрозионное, электроэрозионное, кавитационное, усталостное изнашивание и др.

Инженерная характеристика износа – это интенсивность линейного изнашивания

,

где h – линейный износ,

L_T – путь трения.

Относительная износостойкость  равна

,

где и– абсолютные линейные износы эталонного (э) и испытываемого (п) образцов, мм;

d_э и d_п – диаметры эталонного (э) и испытываемого (п) образцов.

12.4. Пути повышения прочности материалов

Увеличение прочности сопротивления усталости металлов и сплавов при сохранении достаточно высоких значениях пластичности, вязкости и трещиностойкости повышает надежность и долговечность машин (конструкций) и понижает расход металла на их изготовление.

Повышение прочности достигается путем:

а) создания бездефектной структуры;

б) повышением плотности дефектов, затрудняющих движение дислокаций и развитие микротрещин.

Эти варианты приведены на графике зависимости прочности от плотности дислокаций п.

Плотность дислокаций в недеформированном кристалле составляет

п  10³10⁶ 1/см²,

а в сильно деформированном

п  10¹² 1/см².

Связь между пределом текучести _тек и плотностью дислокаций п описывается уравнением

,

где ₀ – напряжение сдвига до упрочнения; b – вектор Бюргера;  - коэффициент, зависящий от природы вещества, его структуры и решетки; G – модуль сдвига.

Деформационное упрочнение (наклёп).

Наклёп – явление повышения свойств материала, характеризующее сопротивление деформации (_max, _0,2, HV и др.) и уменьшения пластических свойств при увеличении степени деформации тела.

Твердорастворное упрочнение – упрочнение при образовании твердых растворов, когда атомы второго компонента затрудняют подвижность точечных и линейных дефектов.

Упрочнение при образовании твердого раствора определяют по формуле

,

где G – модуль сдвига;

С – атомная концентрация растворенного компонента;

,

r, r₀ – радиусы растворенного (r) компонента и растворителя (r₀).

Зернограничное упрочнение – затруднение подвижности дислокаций и микротрещины за счет увеличения числа зерен и уменьшения их размеров, что приводит к росту межзёренных границ.

Чем меньше зерно, тем выше предел выносливости

,

где d – средний размер зерна,

₀ и А – постоянная величина.

Дисперсное упрочнение – упрочнение за счет выделения внутри зерен упрочняющих мелкозернистых фаз, которые также приводят к затруднению подвижности дислокаций и микротрещин.

Уравнение прочности в этом случае имеет вид

,

где ₀ – напряжение сдвига;

d, f – размеры и объемная доля выделяющихся дисперсных частиц;

 – коэффициент, зависящий от вектора Бюргера и модуля сдвига G.