30.Кривые ползучести

Самое простое испытание на ползучесть – одноосное растяжение (сжатие) сплошного или полого цилиндрического образца в условиях постоянных значений температуры и напряжения   . В большинстве случаев испытания проводят при заданном условном напряжении  , однако иногда испытания проводят и при заданном истинном напряжении  . Методика опыта, проводимого в условиях   сложнее, чем при  так как по мере уменьшения площади поперечного сечения приходится снижать растягивающую силу. К образцу прикладывается растягивающая нагрузка. Соединенный с образцом измеритель деформаций фиксирует изменение длиныобразца в определенные моменты времени, кроме того, может (и это желательно) осуществляться непрерывная запись диаграммы деформирования. Вследствие растяжения образец удлиняется, в качестве меры деформации принимаются величины ε=ln (l/l_o) или ε=(l-l_o)/l_o,которые при малых удлинениях практически совпадают (под l_oи l имеем, соответственно, начальное и текущее значение длины рабочей части образца). С увеличением времени t действия напряжения образца возрастают. Кривые полных деформаций от времени при таком нагружении представлены на рисунке:

В момент нагружения образец приобретает мгновенноупругую и мгновеннопластическую деформацию (и для вязкоупругих материалов некоторую незначительную часть вязкоупругой). Учитывая, что время выхода на нагрузку tн гораздо меньше всего времени нагружения, с достаточной точностью можно исключить деформацию, полученную при активном нагружении из общей, в результате чего получаем деформацию ползучести (вязкоупругую и вязкопластическую составляющие). Кривая ползучести в общем случае имеет тричетко выраженных участка: 1 – участок с постоянно уменьшающейся скоростью ползучести (неустановившаяся ползучесть); 2 – участок с постоянной (минимальной) скоростью ползучести (установившаяся ползучесть); 3 – участок ускоряющейся (ускоренной) ползучести (лавинообразная ползучесть), предшествующей разрушению. При предельных условиях испытаний кривая ползучести может иметь только некоторые из трех указанных участков.

При испытаниях на ползучесть в условиях растяжения с заданными постоянными истинными напряжениями линейный участок 2 получается существенно длиннее, чем на кривых при , а участок ускоренной ползучести перед разрушением оказывается, наоборот, короче или даже почти совсем пропадает. Если деформация измеряется после локализации в центре шейки (сечение наименьшего диаметра), то линейный участок кривой ползучести распространяется и на часть того временного интервала, который отвечает этой локальной деформации (т.е. на участок 3). При постоянном условном напряжении истинное напряжение фактически возрастает по закону . В случае кривые ползучести для растяжения и сжатия на некотором протяжении приблизительно совпадают, что указывает на превалирующий сдвиговой характер вязкоупругой и вязкопластической деформации, причем 3 участком, как наименее протяженным, можно часто пренебрегать.

Для оценки и сравнения деформационных характеристик ползучести конструкционных материалов могут быть использованы как кривые ползучести при , так и кривые, полученные при условии . Однако достаточно закономерные (чаще простые) уравнения механических состояний (в частности ползучести) могут быть построены лишь на основе опытов при .

Различают ползучесть линейную и нелинейную. Линейной ползучестью называют ползучесть, при которой деформации ползучести увеличиваются пропорциональноувеличению напряжений. Если деформации ползучести увеличиваются непропорционально увеличению напряжений, то мы имеем дело с нелинейной ползучестью. Линейность или нелинейность ползучести определяется путем построения изохронных кривых, т. е. диаграмм при определенном времени процесса ползучести. Для этого необходимо построить диаграммы ползучести при различных напряжениях (или ) . Для одного и того же значения времени t = t*, которое при этом рассматривается как параметр, определяются соответствующие значения деформации ползучести (или полные деформации по кривым, соответствующим каждому уровню напряжений. Полученные таким образом точки (1 – 5), нанесенные в координатах дают изохронную кривую. Точное значение законов ползучести позволяет правильно подобрать уравнение механических состояний, позволяющее адекватно описать законы вязко-пластического течения.  Из рисунка изохронной кривой видно, что при напряжениях деформации приблизительно пропорциональны приложенным напряжениям, а далее деформации возрастают быстрее с ростом напряжений . Тем самым разделяются области линейной и нелинейной ползучести.  Рассмотренные кривые ползучести являются основой расчетов на ползучесть. Для сопоставления сопротивления ползучести различных материалов введена условная характеристика – так называемый предел ползучести. Пределом ползучести σплназывается напряжение, при котором остаточная деформация (мгновеннопластическая и вязкопластическая) за заданный промежуток времени достигает величины, установленной техническими условиями. Из этого определения следует то, что для данного материала предел ползучести зависит от температурыи времени испытания (эксплуатации), а также от принятой величины остаточной деформации, которая выбирается исходя из условий нормальной эксплуатациидетали за срок ее службы . Если принять скорость деформации (вязкоупругой и вязкопластической составляющих) ползучести постоянной (на 2 участке кривой ползучести), то величина этой деформации равна  Из этого соотношения по принятой величине деформации за определенный промежуток времени можно установить допустимую скорость  В таком случае дается иное определение предела ползучести σпл, которое часто используется в практике : пределом ползучести называется напряжение, при котором скорость (минимальной) деформации ползучести (2 участок кривой ползучести) равна определенной величине, установленной техническими условиями.  Для определения предела ползучести по скорости деформации ползучести εпустанавливают вначале значения ее при различных напряжениях (по кривым ползучести). Затем строят график зависимости напряжения от скорости деформации ползучести (например, в логарифмических координатах на следующем рисунке):  Затем необходимо иметь график зависимости предела ползучести от температуры испытаний (эксплуатации).