§12. Поняття про наклеп. Явище повзучості. Релаксація

Якщо розтягнути зразок за границю текучості, наприклад, до напруги, що відповідає точці Т на діаграмі (рис. 15, а), а потім зняти навантаження, то отримуємо пряму ТО₁, паралельну ОА. При цьому пружна частина деформації зникає, а залишкова деформація виразиться абсцисою ОО₁.

Якщо після цього знову завантажити зразок, то побачимо, що лінія повторного навантаження майже співпадає з лінією розванта­ження, а границя пропорційності зростає.

Таким чином, границя пропорційності, що характеризується на діаграмі точкою А, буде тепер відповідати точці Т. Отже, область пружних деформацій збільшується, і матеріал отримує здатність сприймати без залишкових деформацій більші навантаження, тобто можна сказати, що в результаті попередньої витяжки матеріалу за границю текучості його характеристики міцності зросли. При цьому, однак, пластичність матеріалу знижується.

Явище зміцнення матеріалу в результаті витяжки його за границю текучості називається наклепом.

Наклеп спостерігається і в результаті стиску його за границею текучості, наприклад, клепання коси. Ненаклепана коса швидко затупляється.

Це явище в одних випадках є корисним, а в інших – шкідливим. При розрізанні ножицями стальних листів, їх краї, отримуючи наклеп, стають більш крихкими. При згині таких листів на краях можуть з'явитися тріщини, так як втративши свою пластичність, краї листів вже не можуть отримувати значних деформацій.

Те ж можна спостерігати при продавлюванні отворів в листах заклепочних з'єднань. Краї отворів, отримуючи наклеп, стають більш крихкими, ніж оточуючий метал. Тому видавлені отвори приходиться розсвердлювати, видаляючи крихку частину металу.

На практиці в багатьох випадках це явище є корисним. Наклепом зміцнюють матеріал ланцюгів різних типів, дріт стальних канатів, електричний дріт тощо.

Але треба мати на увазі, що попередню витяжку матеріалу за границю текучості можна застосовувати в тих випадках, коли елемент працює тільки на розтяг. Якщо йому прийдеться працювати при змінних напругах розтягу та стиску, то наклеп є шкідливим.

Повзучість. У більшості матеріалів з підвищенням температури зменшується міцність і зростає пластичність. При високій температурі, починаючи з 300–400°С, метали при постійному навантаженні повільно, але безперервно деформуються. З підвищенням наванта­ження або температури швидкість деформації зростає. Здатність матеріалів безперервно деформуватися при постійному наванта­женні і високій температурі називається повзучістю.

У вуглецевих сталях повзучість стає помітною при температурі вище 300°С, а при 800°С зростання деформації повзучості відбувається так швидко, що ці сталі стають абсолютно непридатними.

У деяких металів (свинець, алюміній, цинк та ін.), бетону, дерева, різних пластмас та інших матеріалів органічного походження повзучість спостерігаються при кімнатній температурі.

Процес повзучості може протікати по-різному залежно від температури, напруги та опірності матеріалу. В одних випадках деформація може поступово з часом (багатьох днів або місяців) повністю припинитися. В інших випадках після повільного протікання ріст деформації прискорюється, що продовжується аж до руйнування матеріалу. Це руйнування у деяких матеріалів (зокрема у вуглецевих сталях) має характер пластичного. Інші матеріали руйнуються як крихкі.

При розрахунках на повзучість необхідно знати робочу температуру, строк експлуатації та максимально допустиму деформацію, яка виникає за цей строк в результаті повзучості.

Релаксація напруг. З явищами післядії і повзучості пов’язана так звана релаксація напруг. Якщо деформований стержень, наприклад, розтягнутий, закріпити так, щоб його видовження не змогло змінитися, то з часом в результаті післядії або повзучості в цьому стержні буде поступово зростати пластична деформація за рахунок зменшення пружної, у зв’язку з цим зменшиться сила натягу стержня і, відповідно, напруга.

Поступове зниження напруги при постійній деформації називається релаксацією напруги.

В результаті релаксації напруга болтів фланцевих та інших з’єднань, що працюють при високих температурах, з часом слабне. Для підтримки щільності таких з’єднань потрібно періодично підтягувати болти.

При звичайній температурі спостерігається послаблення затяжки гайок коліс вантажних автомобілів, що теж вимагає періодичної підтяжки цих гайок.

Релаксація напруги в металах набуває суттєвого значення при температурі, що викликає повзучість.