к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Ползучесть материалов

Ползучесть материалов - непрерывная плас-тич. деформация материалов под воздействием пост. механич. нагрузки или напряжений. Ползучести подвержены все кристаллич. и аморфные твёрдые тела при всех видах механич. нагрузок. П. м. наблюдают как при темп-pax, близких к температуре жидкого гелия, так и при близких к температуре плавления. Однако с увеличением температуры Т скорость П. м. растёт, что ограничивает долговечность конструкций, работающих при пост. нагрузках и повыш. темп-pax. Малая скорость П. м.- гл. требование, предъявляемое к жаропрочным материалам. Существ. техн. значение имеет ползучесть металлич. материалов и керамики при повыш. темп-pax и давлениях. Зависимость величины деформации 4002-2.jpgот времени f при пост. температуре Т и напряжении4002-3.jpgописывают т. н. кривой ползучести (рис. 1). Процесс П. м. условно разбивают на стадии: I - неустановившаяся П. м., когда скорость деформации e непрерывно понижается (происходит упрочнение); II - установившаяся П. м.4002-4.jpgIII-стадия ускоренной П. м., к-рая заканчивается разрушением. Относит. протяжённость каждой стадии зависит от условий испытания или эксплуатации (от Т и4002-5.jpg), свойств материала и его структуры (предварит, обработки).

4002-1.jpg

Рис. 1. Кривая ползучести.


Стадии I предшествует т. н. мгновенная деформация 4002-6.jpg к-рая возникает при приложении к испытываемому образцу (или в конструкции - к деталям) механич. нагрузки. При низких Т величина соизмерима с деформацией, к-рая накапливается в течение всей последующей ползучести4002-7.jpgПри высоких Т накапливаемая деформация4002-8.jpg

Неустановившаяся стадия ползучести. При повышенных Т неустановившаяся стадия П. м. наблюдается только в тех случаях, когда s вызывает появление e0. Если e0 очень мала, то участок, соответствующий стадии I, тоже весьма мал.

Скорость деформации e на стадии I меняется со временем t по закону

4002-9.jpg

где А - постоянная, зависящая от4002-10.jpg При m = 1

4002-11.jpg

т. н. логарифмич. закон П. м.4002-12.jpg- постоянная, не зависящая от времени). Такая кинетика наблюдается при абс. темп-pax Т от 0,05 до 0,34002-13.jpg(температуры плавления материала) и4002-14.jpg Согласно физ. модели, в недеформиров. материале имеется нек-рое кол-во источников дислокаций, к-рые активируются под влиянием приложенных4002-15.jpgи тепловых флуктуаций. Со временем их число истощается. При повышении 4002-16.jpgи Т значение4002-17.jpgи постоянная в ур-нии (2) увеличиваются, а величина т в (1) уменьшается. При m = 2/3

4002-18.jpg

На многих металлич. материалах наблюдают парабо-лич. ползучесть (или4002-19.jpgползучесть). Величина4002-20.jpgрастёт с повышением Т и 4002-21.jpg

Имеются эксперим. данные, полученные при повыш. темп-pax, к-рые не описываются ни логарифмической, ни параболич. зависимостями. Поэтому предложен ряд эмпирич. ур-ний, описывающих кинетику неустановившейся П. м.,- степенные ряды, экспоненциальные функции, комбинации разл. функций.

Установившаяся ползучесть. Установившуюся П. м. рассматривают как динамич. равновесие процессов де-формац. упрочнения и термич. возврата. Напряжения течения при этом не изменяются со временем. Это записывается следующим образом:

4002-22.jpg

где4002-23.jpgдеформац. упрочнение,4002-24.jpg термич. возврат, к-рый оценивают по уменьшению напряжений текучести при отжиге. Из (4) следует

4002-25.jpg

Эксперименты,4002-26.jpgпроведённые на металлах и сплавах, показывают, что4002-27.jpgи4002-28.jpg(с учётом влияния на возврат приложенных напряжений) совпадают. Непосредств. измерение4002-29.jpgи её оценки по эксперим. значениям4002-30.jpgи r для одного и того же металла дают хорошее совпадение.

Экспериментально установлено два осн. вида зависимости 4002-31.jpg от 4002-32.jpgВ первом случае4002-33.jpgмодуль упругости) и 4002-34.jpgсправедливо соотношение

4002-35.jpg

где А1 и В постоянные, не зависящие от4002-36.jpgСоотношение (5) справедливо для мн. материалов (металлы и сплавы, керамика, полимеры, ионные кристаллы, полупроводники) в интервале4002-37.jpgв к-ром 4002-31.jpg изменялось на 10 порядков. Во втором случае s/E=4002-39.jpg и Т > > 0,5 Тпл справедливо соотношение

4002-40.jpg

где A2 и n постоянные, не зависящие от4002-41.jpgдля металлов n~4-5, а для металлич. твёрдых растворов4002-43.jpg

С зависимостью4002-44.jpgсвязано понятие предела ползучести - напряжения, при к-ром скорость П. м. имеет нек-рую заданную величину. При малых4002-45.jpg когда e p накапливаемая деформация e весьма малы, отсутствует определённость относительно того, какая измеряется скорость, связанная со стадиями I и II или только со стадией II. Поэтому иногда под пределом ползучести понимают напряжение, к-рое вызывает заданную скорость П. м. через заранее установленный промежуток времени.

С температурой Т скорость 4002-46.jpg связана экспоненц. зависимостью

4002-47.jpg

Величину С обычно представляют как4002-48.jpg- постоянная Больцмана, а 4002-49.jpgэнергия активации ползучести.4002-50.jpgявляется частью свободной Гиббса энергии4002-51.jpg изменение энтропии ползучести.

С учётом эмпирич. зависимостей4002-52.jpgдля относительно низких Т и высоких4002-53.jpg

4002-54.jpg

Характер зависимости4002-55.jpgот Т указывает на то, что П. м. является термически активируемым процессом, конкретный механизм к-рого зависит от свойств материала, температуры и напряжений. При низких Т, когда диффузия подавлена, одним из таких процессов в крис-таллич. материалах (прежде всего, в металлических и керамических) может быть преодоление сопротивления движению дислокаций со стороны периодич. по-тенц. поля кристаллич. решётки (т. н. внутр. напряжений sВH Пайерлса - Набарро). Перемещение дислокаций в этом случае из одного положения в другое осуществляется не одновременно по всей её длине, а путём образования перегибов и их движения вдоль дислокации. При термич. активации перемещение дислокаций происходит при4002-56.jpgменьших чем4002-57.jpgП. м. с таким механизмом наблюдают при Т < 0,2 Tпл. Величина4002-58.jpg для металлов составляет 20-75 кДж/моль, т. е.4002-59.jpgизменяется с температурой незначительно.

При Т от 0,2 до 0,5 Гпл4002-60.jpgопределяется тем, что скольжение дислокаций тормозится др. дислокациями, к-рые пронизывают плоскости скольжения. Пересечение дислокаций также термически активируемый процесс, связанный с образованием стяжек на расщеплённых дислокациях (степень расщепления зависит от энергии дефектов упаковки и величины4002-61.jpgдействующих на дислокациях). В этой же области температур препятствия скольжению дислокаций могут преодолеваться путём поперечного скольжения. Переход расщеплённых дислокаций с одной плоскости на другую в результате поперечного скольжения также требует термич. активации процесса стяжки дефекта упаковки расщеплённых дислокаций. В изложенных случаях зависимость 4002-62.jpg от 4002-63.jpgи дописывается выражением (8), в к-ром акти-вац. объём и предэкспоненц. множитель зависят от конкретного атомного механизма возврата. При Т > 0,5 Тпл скорость П. м. зависит от диффузионных процессов возврата. Если последний осуществляется путём переползания дислокаций от мест, где они застопорены (поля напряжений др. дислокаций и их образований, границы зёрен и пр.), то 4002-64.jpg описывается выражением

4002-65.jpg

Здесь4002-66.jpgчастота колебаний атомов, s - вектор Бюргерса дислокаций, М - число источников дислокаций, 4002-67.jpg энергия активации ползучести для металлов, к-рая совпадает с энергией активации самодиффузии.

Известны также дислокац. модели, в к-рых процессом, ограничивающим скорость ползучести, является диффузия точечных дефектов от порогов на винтовых дислокациях. Они приводят 4002-69.jpg к зависимости от Т и4002-68.jpgв виде (8).

При предплавильных темп-pax и напряжениях 4002-70.jpg < 4002-71.jpgнаблюдают т. н. диффузионную П. м.4002-72.jpg к-рая описывается выражением вида (9) при h = 1. Такая П. м. осуществляется без участия дислокаций и связана с направленным диффузионным переносом атомов в поле градиента приложенных напряжений, что приводит к изменению формы материала. В частности, при одноосном напряжении поликристаллич. материала возникает градиент концентрации вакансий между продольными и поперечными границами зёрен. Потоку вакансий отвечает равный по величине и обратный по направлению поток атомов (рис. 2). Эти потоки приводят к удлинению зерна в продольном направлении и сокращению в поперечном. Изменение формы зёрен сопровождается самосогласованным диффузионно-вязким течением по границам зёрен, что обеспечивает сохранение сплошности материала.

Рис. 2. Схематическое изображение потока атомов к поперечным границам (сплошные стрелки) и встречного потока вакансий к продольным границам (пунктирные стрелки) в зерне, к которому приложены напряжения.

4002-73.jpg


Диффузионная П. м. (т. н. Херринга - Набарро - Лифшица ползучесть) имеет пост. скорость и вызывает малую деформацию. Переползание неск. дислокаций в объёме зерна приводит к более высокой скорости течения, чем чисто диффузионный механизм П. м. Скорость диффузионной П. м. зависит от температуры и напряжений

4002-74.jpg

Здесь b - межатомное расстояние, d - линейный размер элементов структуры (в частности, зёрен), D и 4002-75.jpg коэф. и энергия активации объёмной самодиффузии. Если процесс диффузии осуществляется гл. обр. по границам зёрен и зёрна мелкие, а температуры ниже пред-плавильных, но более 0,5 Т, то диффузионная П. м., наз. ползучестью Кобла, определяется диффузией по границам зёрен:

4002-76.jpg (12)

где V - атомный объём,4002-77.jpg- эфф. ширина границы, по к-рой идёт диффузия. Диффузионная П. м.- осн. механизм, к-рым осуществляется спекание дисперсных порошков. Этот вид П. м. является аккомодац. механизмом снижения локальных концентраций напряжений, возникающих при ползучести.

4002-78.jpg

Рис. 3. Карта механизмов деформации при ползучести вольфрама (средняя величина зёрен 10 мкм).

Разнообразие механизмов деформации и зависимость их вклада в общую деформацию от величин Т и4002-79.jpgдля конкретных материалов наглядно иллюстрируются т. н. картами механизмов деформации (рис. 3), на к-рых проводят кривые, отвечающие пост. скорости ползучести, к-рые определяют экспериментальным или расчётным путями.

Ускоренная ползучесть и разрушение. П. м. на стадии III часто может занимать половину и более общего времени ползучести от нагружения и до разрушения. На ней накапливается значительная (иногда и большая) часть деформации. На стадии III, когда идёт ускоренный процесс П. м., кинетика деформации не описывается единой зависимостью. На нач. этапах, когда скорость eIII превышает на 10-20 % 4002-80.jpg деформация

4002-84.jpg

при больших скоростях 4002-81.jpg величина деформации становится равной:

4002-82.jpg

Здесь К, N p М - постоянные, к-рые зависят от материала и увеличиваются при повышении Т и4002-83.jpg

Ускоренную стадию наблюдают и в случае сжатия, когда сечение испытываемого объекта не уменьшается, а увеличивается. Установлено, что коэф. деформац. упрочения4002-85.jpgна стадии 4002-86.jpgне изменяется, а остаётся таким же, как на стадии4002-87.jpg Однако резко изменяется скорость возврата -r. Для 4002-88.jpg и p - постоянные, зависящие от материала и режима испытаний. Имеется прямопропорц. связь между изменением скорости возврата и скорости ползучести на стадии4002-89.jpg

Если прервать проведение испытаний П. м. на первом этапе стадии III и провести отжиг, то свойства материала восстанавливаются. При переходе ко второму этапу стадии III П. м., кинетика к-рого описывается выражением (14), происходит необратимая повреждённость материала. Экспериментально для мн. материалов установлено постоянство произведения4002-90.jpg 4002-91.jpg - время до разрушения).

Микроструктурные исследования разл. материалов в процессе П. м. выявили многообразные проявления дислокац. скольжения (прямолинейные, волнистые, поперечные следы скольжения, складки у стыков зёрен, полосы сброса). Установлено, что вблизи границ зёрен действует большее число систем скольжения, чем в их объёме. Вдоль границ зёрен возникают ступеньки, наблюдается миграция границ, в объёме зёрен образуются малоугловые субграницы, приводящие к фрагментации (полигонизации) исходных зёрен, увеличивается разориентировка между образовавшимися субзёр-нами. Анализ наблюдаемых изменений микроструктуры показывает, что ползучесть кристаллич. материалов является гл. обр. результатом дислокац. деформации. Термич. возврат также связан с перераспределением и аннигиляцией дефектов кристаллич. строения - линейных и точечных.

Стадия4002-92.jpgП. м. оканчивается разрывом материала. Разрыв является лишь завершением процесса разрушения, к-рый протекает на всём или почти всём протяжении высокотемпературной П. м. Уже на стадии4002-93.jpg обнаруживается образование несплошности материала, сопровождаемое уменьшением его плотности. На стадии II на границах зёрен выявляются поры и трещины, слияние к-рых друг с другом приводит к окончат. разрушению материала. Зародыши трещин и пор могут быть в материале до начала процесса ползучести либо образоваться в результате деформации. Рост пор осуществляется путём диффузии вакансий к ним, взаимного слияния пор и при несогласованности проскальзывания зёрен. Пути повышения сопротивления материалов такие же, как для повышения прочности при комнатных темп-pax. Это - упрочнение растворимыми добавками и создание структуры, содержащей дисперсные частицы вторых фаз. Трудностью при создании материалов с высоким сопротивлением П. м. является не получение необходимой структуры и фазового состава материала, а пх сохранение при высоких темп-pax длит. время.

Литература по ползучести материалов

  1. Физическое металловедение, 3 изд., т. 3, М., 1987, гл. 23;
  2. Розенберг В. М., Основы жаропрочности металлических материалов, М., 1973;
  3. Регель В. Р., Слуцк ер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974;
  4. Зубарев П. В., Жаропрочность фаз внедрения, М., 1985;
  5. Чадек И., Ползучесть металлических материалов, пер. с чеш., М., 1987.

В. М. Розенберг

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что, как ни тужатся релятивисты, CMB (космическое микроволновое излучение) - прямое доказательство существования эфира, системы абсолютного отсчета в космосе, и, следовательно, опровержение Пуанкаре-эйнштейновского релятивизма, утверждающего, что все ИСО равноправны, а эфира нет. Это фоновое излучение пространства имеет свою абсолютную систему отсчета, а значит никакого релятивизма быть не может. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution