Глава 3. ПОЛЗУЧЕСТЬ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

§ 12. Ползучесть металлов при высоких температурах

Здесь в первую очередь надо отметить, что имеющиеся данные для исследования явления высокотемпературной ползучести получены главным образом в результате опытов на растяжение. Цилиндрический образец с длиной, во много раз превосходящей диаметр или размер поперечного сечения, подвергался воздействию постоянной нагрузки. Результаты опытов представляются, как правило, в виде так называемых кривых ползучести. Типовая кривая ползучести при постоянном напряжении приведена на рис. 18.

Рис. 18

Рис. 19

Весь процесс условно разбивается на три типа:

1. Неустановившаяся ползучесть, когда скорость деформации убывает.

2. Установившаяся ползучесть, когда скорость деформации постоянна.

3. Ускоряющаяся ползучесть, предшествующая разрушению.

Введение понятия «высокой температуры» существенным образом зависит от температуры плавления заданного материала. Например, так как температура плавления свинца примерно то ползучесть при «лабораторной температуре» в районе уже можно рассматривать как феномен «высокой температуры».

Пусть мгновенная деформация, включающая в себя в общем случае упругий и пластический члены:

где максимальное значение напряжения во временном интервале, предшествующем рассматриваемому моменту. Поведение напряжения как функции времени иллюстрируется диаграммой на рис. 19.

Для участков и кривой можно записать

есть монотонная возрастающая функция).

Мгновенная деформация зависит лишь от текущей величины напряжения.

Но для участка между уже выполняется равенство

так как пластическая деформация, соответствующая точке остается неизменной.

На втором этапе ползучести скорость есть функция лишь напряжения и температуры. Эта зависимость изучалась многими авторами и для большого числа материалов. В большинстве случаев она нелинейна. Предлагались различные виды зависимости

Вторая из этих формул имеет тот недостаток, что дает отличную от нуля скорость ползучести при Третья достаточно мало отличается от второй при больших а, но для малых а дает удовлетворительный результат

первых стадии ползучести могут быть описаны с помощью так называемой теории упрочнения. Здесь

предполагается, что скорость деформации зависит не только от напряжения а, но и от параметра упрочнения.

Если есть полная деформация, а о — мгновенная из формулы (12.1), то

для деформации ползучести Заметим, что следует различать пластическую деформацию ползучести и мгновенную пластическую дормацию Хотя обе они являются деформациями пластическими, но их свойства с металлургической точки зрения сильно различаются. (В англо-американской терминологии: грубое скольжение для существенных скольжений, происходящих даже между параллельными достаточно удаленными плоскостями, и малое скольжение для скольжений ползучести, самих по себе почти минимальных, но проявляющихся при глобальном деформировании материала.)

Это объясняет различные роли, которые они исполняют в уравнении состояния.

Запишем теперь

Наиболее простая гипотеза состоит в принятии за параметр самой деформации ползучести, т. е. Тогда мы придем к так называемому уравнению Людвига и Надаи, позволяющему почти с достаточной точностью описать результаты опытов, даже для нагружений по «произвольному» закону.

С другой стороны, можно в качестве параметра упрочнения выбрать

означающий работу, рассеянную в процессе ползучести.

Обобщение на трехмерный случай очевидно.