Ползучесть

/8777/conversions/ddad245a5b81a19acafbb95b43b4a292-big.jpg

Если взять яблоко или даже грецкий орех, и начать медленно на них давить всей ладонью, то в какой-то момент времени наш образец перестанет терять способность сопротивляться приложенной нагрузке и разрушится. Это явление характерно для любого вида материалов.

Аналогично ведут себя и металлы, только происходит это гораздо медленнее — иногда месяцами или даже годами. Это явление и называется ползучестью.

Ползучесть – увеличение с течением времени деформации под действием постоянной нагрузки или механического напряжения. Эта деформация носит необратимый характер.

Ползучесть металла

Почему это важно?

Понимание этой величины необходимо для определения ресурса материала или изделия из него.

Представьте турбину самолета или трубы на электростанции — они годами работают под огромными нагрузками при высоких температурах. Если не учитывать ползучесть, конструкция может незаметно деформироваться и в итоге разрушиться. Именно поэтому инженеры тщательно изучают это явление.

Испытания на ползучесть металла проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 3248-81, которым закреплен метод испытания на ползучесть черных и цветных металлов при температурах до 1200 °С.

/8770/conversions/306c5c64c68b3413b20c7233f2e8e6b3-big.jpg

/8769/conversions/98c2e031412b3b38dedb517ccd816674-big.jpg

Как измерить ползучесть металла

Для определения данного вида величины деформации используют специальные испытательные машины на ползучесть.

Образец фиксируется в захватах испытательной машины и помещается в печь, где нагревается до заданной температуры испытания.

В результате испытаний мы получаем график зависимости деформации от времени, или кривую ползучести.

/8771/conversions/ccae7e339efc4e5f2ced1f75a9bdf1f3-big.jpg

Три стадии ползучести

  1.  Первая стадия — материал быстро деформируется, скорость деформации замедляется;
  2.  Вторая стадия — деформация идет с постоянной скоростью (это самая длительная стадия);
  3.  Третья стадия — деформация ускоряется, пока материал не разрушится.

/8773/conversions/ba3506e73d87c013a5aafd534f565def-big.jpg

АВ – участок неустановившейся (или затухающей) ползучести (стадия I).
BC – участок установившейся ползучести — деформации, идущей с постоянной скоростью (стадия II).
CD – участок ускоренной ползучести (стадия III).

При проведении испытаний важно учитывать влияние температуры. Высокие температуры влияют на молекулярные связи между атомами: они ослабевают, а деформация «происходит» быстрее.

Как мы сказали ранее, результатом испытания являются первичные кривые ползучести в координатах «деформация – время». Кривая графика – кривая ползучести. Именно ее мы и разбили на 3 условных стадии.

Предел ползучести (σ) – это максимальное механическое напряжение, которое материал может выдерживать при высокой температуре в течение заданного времени, не деформируясь больше допустимого значения.

Как улучшить стойкость сталей к ползучести?

1. Добавляют специальные легирующие элементы (хром, никель, молибден);
2. Используют термическую обработку для увеличения размера зерна и выделения тугоплавких соединений в металле.

Шпаргалка

Основной стандарт в России — ГОСТ 3248-81, который описывает методы испытаний на ползучесть. Для повседневных же задач важно помнить: если конструкция работает под нагрузкой при высокой температуре, обычные показатели прочности не подходят — нужно учитывать ползучесть.