Az anyagok kúszása

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. január 28-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

Anyagkúszás ( utóhatás ) - lassú, idővel fellépő, szilárd test deformációja állandó terhelés vagy mechanikai igénybevétel hatására . Minden szilárd anyag , mind a kristályos , mind az amorf , bizonyos mértékben ki van téve a kúszásnak .

Történelem

A kúszás jelenségére K. Navier (1826), G. Coriolis (1830) figyelt fel, de kvantitatívan először L. Vika (1834) vizsgálta. A fémek és ötvözetek , gumik , üvegek kúszásának szisztematikus vizsgálata a 20. század elejére, különösen a 40-es évekre nyúlik vissza, amikor a technika fejlődésével összefüggésben találkoztak például a korongok és pengék kúszásával . gőz- és gázturbinák, sugárhajtóművek és rakéták, amelyekben a jelentős fűtés mechanikai terhelésekkel párosul. Olyan szerkezeti anyagokra (hőálló ötvözetek) volt szükség, amelyek részei magas hőmérsékleten is sokáig bírják a terhelést. Sokáig azt hitték, hogy a kúszás csak magas hőmérsékleten fordulhat elő , de a kúszás nagyon alacsony hőmérsékleten is előfordul, például a kadmiumban -269 °C-on, a vasban pedig -269 °C-on észlelhető kúszás figyelhető meg. 169 °C.

Okok és tulajdonságok

Az anyagok kúszását kísérletileg elsősorban egyszerű feszültségi állapotok mellett vizsgálják: egytengelyű feszítés , összenyomás , valamint tiszta nyírás . Az ilyen kísérletek elvégzésének feltételeit a GOST-ok határozzák meg. Az összetett feszültségi állapotok alatti kúszást általában vékony falú cső alakú próbatesteken vizsgálják.

Kúszógörbe

A kúszást az úgynevezett kúszási görbe írja le , amely a deformáció időtől való függése állandó hőmérsékleten és az alkalmazott terhelés (vagy feszültség) függvényében.

Feltételesen három részre vagy szakaszra oszlik:

AB - bizonytalan (vagy csillapított) kúszás szakasza (I. szakasz),
BC - állandó kúszás szakasza - állandó sebességgel haladó alakváltozás (II. szakasz),
CD - gyorsított kúszás területe (III. szakasz),
E 0 - deformáció a terhelés alkalmazásakor,
D pont a pusztulás pillanata.

Kúszó szakaszok

Mind a teljes meghibásodásig eltelt idő, mind az egyes szakaszok hossza a hőmérséklettől és az alkalmazott terheléstől függ. A fém olvadási hőmérsékletének 40-80%-át kitevő hőmérsékleten (ezek a hőmérsékletek a legnagyobb műszaki érdeklődésre számot tartóak), a kúszás csillapítása az első szakaszban a nyúlásos edzés ( edzés ) eredménye.

Mivel a kúszás magas hőmérsékleten fordul elő, a kikeményedés – az anyagtulajdonságok ún. Amikor a munkakeményedés és a megtérülés üteme azonos lesz, megkezdődik a II . kúszási szakasz . A III. szakaszba való átmenet az anyag károsodásának felhalmozódásával jár (pórusok, mikrorepedések), amelyek kialakulása már az I. és II. szakaszban megkezdődik.

Kúszás és plaszticitás

A leírt kúszási görbék változatos anyagok esetén - fémek és ötvözetek, ionos kristályok , félvezetők , polimerek , jég és egyéb szilárd anyagok - esetében azonos formájúak. A szerkezeti kúszási mechanizmus , vagyis a kúszáshoz vezető elemi folyamatok mind az anyag típusától, mind a kúszás körülményeitől függenek . A kúszás fizikai mechanizmusa , különösen magas hőmérsékleten, túlnyomórészt diffúziós jellegű, és így eltér a plaszticitás során bekövetkező deformáció mechanizmusától , amely a polikristályszemcsék atomi síkjai mentén történő gyors csúszással jár (Yu. N. Rabotnov. Mechanics of deformálható szilárd test). A kúszáshoz vezető irreverzibilis plasztikus deformáció elemi folyamatainak egész sora feltételesen felosztható diszlokációk (kristályhibák) mozgása által végbemenő folyamatokra és diffúziós folyamatokra. Ez utóbbiak előfordulnak amorf testekben létezésük minden hőmérsékletén, valamint kristályos testekben, különösen fémekben és ötvözetekben, kellően magas hőmérsékleten. Az olvadásponthoz közeli hőmérsékleten a kúszás és a plaszticitás közötti különbség kevésbé lesz kifejezett [1] . Állandó teljes alakváltozás mellett a terhelt testben a feszültségek a kúszás következtében idővel csökkennek , azaz feszültséglazulás következik be .

Hőállóság

A nagy kúszási ellenállás az egyik tényező, amely meghatározza a hőállóságot . A műszaki anyagok összehasonlító értékeléséhez a kúszási ellenállást a kúszási határérték jellemzi - az a feszültség, amelynél az adott deformáció adott idő alatt elérhető. A repülőgép-hajtóművek gyártásában 100-200 óra, míg az álló gőzturbinák tervezésénél 100 000 óra az idő, esetenként a kúszási ellenállást egy adott idő utáni alakváltozási sebesség értékével jellemezzük. A teljes alakváltozási sebesség a rugalmas alakváltozási sebesség és a kúszási alakváltozási sebesség összege . ${\pont \varepsilon }$ ${\pont \varepsilon }_{e}$ ${\pont \varepsilon }_{\pi }$

Egyéb tényezők

A vibráció sokszorosára gyorsíthatja a kúszást.

Elméleti pozíció

A kúszás elmélete szorosan kapcsolódik a plaszticitás elméletéhez , azonban a szilárd anyagok mechanikai tulajdonságainak sokfélesége miatt nincs egységes kúszáselmélet . Fémeknél az áramláselméletet leginkább használják :

${\pont {\varepsilon }}_{\pi }=f(s,t)$

hol van a feszültség, az az idő, amely kielégítően írja le a kúszást olyan feszültségeknél, amelyek lassan és monotonan változnak, de lényegében nemlineárisan függenek a -tól . $s$ $t$ ${\pont \varepsilon }_{\pi }$ $s$

A kúszás teljesebb leírását a keményedési elmélet adja : ${\pont {\varepsilon }}_{\pi }=f(s,{\pont {\varepsilon }}_{\pi })$

amely alkalmas a rövid távú kúszás hozzávetőleges elemzésére magas stresszszint mellett. A keményedési elmélet helyesen ragadja meg a különböző feszültségek alatti kúszás egyes jellemzőit, de alkalmazása nagy matematikai nehézségekkel jár.

A polimermechanikában általában az öröklődés elméletét használják :

$\phi (\varepsilon )=\sigma (t)+\int \limits _{0}^{t}K(t-\tau )\sigma (\tau )\;d\tau$

ahol az úgynevezett utóhatás kernel, amely azt jellemzi, hogy az időpillanatban milyen mértékben érezhető egy egységnyi feszültség deformációjára gyakorolt befolyás (utóhatás), amely egy korábbi pillanatban egységnyi ideig hatott . $K(t-\tau )$ $t$ $\tau$

Mivel a feszültség máskor is hat, a teljes utóhatást az integráltag figyelembe veszi . Az öröklődés elmélete meghatározza a teljes deformációt, és minőségi leírást ad néhány bonyolultabb jelenségről (például a fordított kúszás hatása ).

Irodalom

↑ Tyra, Otani. Az anyagok magas hőmérsékletű szilárdságának elmélete

Bell J.F. 1 // A deformálható szilárd testek mechanikájának kísérleti alapjai. - M. : GRFML, 1984. - 600 p.
Rabotnov Yu. N. Szerkezeti elemek kúszása. M.: Nauka, 1966. 753 p. Archiválva : 2021. január 18. a Wayback Machine -nél
Rabotnov Yu. N. , Mileiko S. T. Rövid távú kúszás. M.: Nauka 1970. 224 p.
Rabotnov Yu. N. Creep elmélet. In: Mechanika a Szovjetunióban 50 éve. Hangerő. 3. A deformálható szilárd test mechanikája. M.: Nauka, 1972. S. 119-154, 167-169