10.4. Низкотемпературная ползучесть (логарифмическая ползучесть)

Рассмотрим теперь поведение образца, к которому приложено напряжение, превышающее критическое напряжение сдвига. Примем при этом, что температура относительно низка, т. е. ниже половины абсолютной температуры плавления металла.

Приложенное напряжение может вызвать размножение дислокаций и их перемещение на большие расстояния. Деформационное упрочнение в конце концов приводит к прекращению размножения дислокаций, а также к затруднению движения дислокаций в плоскостях скольжения. Если движение дислокаций прекратится сразу после приложения к образцу нагрузки, то зависящая от времени пластическая деформация не будет иметь места. Однако не следует ожидать, что движение дислокаций полностью прекратится. Известно, например, что небольшое увеличение приложенного напряжения вызывает дальнейшую пластическую деформацию. На это указывает то обстоятельство, что кривая деформации имеет определенный наклон. Если небольшое увеличение приложенного напряжения может вызвать дальнейшую деформацию, то мгновенные увеличения напряжения, которые обусловлены случайными флуктуациями термических напряжений, существующими в любом твердом теле, нагретом до определенной температуры, также могут вызвать дальнейшую пластическую деформацию. (Флуктуации термических напряжений возникают вследствие теплового возбуждения, которое вызывает колебания атомов решетки относительно их равновесного положения. С повышением температуры эти колебания становятся более значительными.)

Вероятность возникновения флуктуации напряжения в каком-либо малом объеме образца возрастает с увеличением времени. Пластическая деформация не прекращается сразу после приложения к образцу статической нагрузки. Флуктуации термических напряжений, действующих дополнительно к приложенному напряжению, вызывают увеличение деформации с течением времени. Таким образом, даже не зная ничего о механизмах деформационного упрочнения, можно предсказать, что при низких температурах должна иметь место ползучесть. Можно также с уверенностью предсказать, что ползучесть в низкотемпературной области диаграммы ползучести имеет неустановившийся характер. Неустановившаяся ползучесть– это ползучесть, скорость которой с течением времени уменьшается. Примером неустановившейся ползучести является кривая ползучести на рис. 23, где скорость ползучести с увеличением времени приближается к нулю по экспоненциальному закону.

Неустановившийся характер ползучести в низкотемпературной области можно объяснить следующим образом. Флуктуации термических напряжений способствуют процессу деформации и, таким образом, вызывают ползучесть. Однако с возрастанием деформации флуктуации напряжений приводят также к увеличению упрочнения образца. В результате этого с ростом деформации образца дальнейшая деформация все более затрудняется. Поэтому скорость ползучести с течением времени должна уменьшаться.

Экспериментально установлено, что низкотемпературная ползучесть действительно имеет неустановившийся характер. Зависимость деформации от времени для ползучести при низких температурах обычно имеет вид

, (10.3)

откуда скорость ползучести

(10.4)

В этих уравнениях ε_е – упругая деформация, ε_р – мгновенная пластическая деформация, а ε₀ и – постоянные. Зависимость деформации ползучести от времени выражается логарифмической функцией, вследствие чего этот вид ползучести называют логарифмической ползучестью. Такая ползучесть является неустановившейся, так как с течением времени скорость ползучести приближается к нулю.