125460 (593117), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

(4’)

где — пластическая деформация, возникающая при нагружении детали.

С течением времени в нагруженном теле, поставленном в условии неизменности начальной суммарной деформации, упругая деформация снижается и соответственно этому растет пластическая деформация. Уменьшение упругой деформации (упругих искажений кристаллической решетки) влечет за собой снижение (релаксацию) напряжений. Это наглядно показано на рисунке 2,а, на котором дана схема уменьшения упругой деформации и соответственного роста пластической, а на рисунке 2,6 — кривая релаксации напряжений.

Ряд закономерностей процесса релаксации напряжений был установлен на монокристаллах. Протекание процессов релаксации напряжений в поликристаллическом металле вследствие наличия границ зерен осуществляется более сложным образом. Например, в поликристаллических металлах при определенных силовых и температурных условиях возникает напряженное состояние за счет упругих смещений по границам зерен. Поэтому возможно также и снятие напряжений путем релаксации по грани­цам зерен. Оно может происходить двумя путями — либо путем направленного смещения атомов через границы (диффузионная пластичность), либо в результате скольжения по границам зерен.

1-типичная зависимость σ-τ; 2-возможная форма кривой для сплава со структурными превращениями (а — b — I период; b — с — II период; с — d — III период релаксации)

Рисунок 2 – Схема изменения пластической и упругой деформаций. а) и начального напряжения б) в процессе релаксации.

Б.М. Ровинский [3] полагает, что в поликристаллическом теле возможны три разновидности процесса релаксации напряжений:

а) упруго-пластическая релаксация, описываемая уравнением

(5)

где —начальное напряжение;

— напряжение в момент времени τ;

p — показатель релаксационной стойкости;

k — относительная скорость релаксации напряжений.

Этот вид релаксации происходит преимущественно в области относительно невысоких температур, не превышающих температуру отдыха (ниже~0,25 );

б) упруго-вязкая деформация по границам зерен (блоков)

(6)

характерная главным образом для области средних температур (0,25—0,5) ;

в) упруго-вязкая деформация, обусловленная диффузионным током атомов (вакансий)-для области высоких температур (>0,5 ):

(7)

Все эти уравнения можно рассматривать как частные случаи уравнения Одинга - Надаи:

(8)

в котором член — обозначен через k, k_а, , а в уравнении введен степенной показатель

1.2 Особенности релаксации напряжений и ползучести

Необратимый рост пластической деформации во времени при релаксации напряжений делает этот процесс внешне тождественным с процессом ползучести, при которой пластическая деформация также непрерывно нарастает (но при σ=const). Однако условия, при которых происходит накопление пластической деформации, при релаксации и ползучести существенно различаются.

Прежде всего, при ползучести в условиях постоянного напряжения непрерывное увеличение общей (суммарной) деформации детали (образца) происходит за счет соответственного роста пластической деформации. При релаксации напряжений общая (суммарная) деформация остается неизменной, равной начальной деформации , а пластическая деформация растет только за счет соответственного уменьшения упругой.

При релаксации напряжений процесс роста пластической деформации происходит внутри первоначально напряженного объема металла. Предел, к которому стремится в этом случае накапливаемая в процессе релаксации пластическая деформация, — это очень небольшая упругая начальная деформация:

(9)

При ползучести рост пластической деформации продолжается непрерывно, иногда достигая значительной величины. Кроме того, рост пластической деформации происходит при постоянной нагрузке и приблизительно постоянном (не считая третьего периода) напряжении. Поэтому при всех прочих неизменных условиях пластическая деформация есть функция только времени:

при (10)

При релаксации действующее напряжение постоянно только в момент нагружения, т. е. при τ=0, в последующее время оно непрерывно снижается. Так, как при релаксации пластическая деформация вызывается напряжением, являющимся переменной величиной, то пластическая деформация при постоянстве температуры и прочих условий — функция двух параметров (напряжения и времени)

(11)

Различие силовых и деформационных условий, при которых протекает пластическая деформация при ползучести и релаксации, обусловливает особенности этих процессов.

В области средних температур (0,25—0,5) пластическая деформация реализуется главным образом за счет перемещения дислокаций (скольжения по плоскостям сдвига и переползания).

При ползучести пластическая деформация накапливается вследствие взаимодействия двух процессов: упрочнения металла и его разупрочнения (возврат). Упрочнение происходит благодаря действию источников генерирования дислокаций с образованием дислокационных скоплений и иных препятствий. Возврат обусловливается рассасыванием дислокационных скоплений путем переползания краевых дислокаций (при более высоких температурах) и двойного поперечного скольжения винтовых дислокаций.

Участок установившейся ползучести обусловливается достигнутым равенством скорости упрочнения и скорости разупрочнения. Источники генерирования дислокаций действуют с приблизительно постоянной интенсивностью, так как действующее в данный момент напряжение а всегда больше критического напряжения генерирования дислокаций :

(12)

где G — модуль сдвига;

b— вектор Бюргерса.

При релаксации же происходит исчерпывание (или «истощение») легко подвижных дислокаций. В каждый последующий момент напряжение меньше, чем в предыдущий, и поэтому интенсивность действия источников непрерывно уменьшается во времени. Уменьшение плотности легкоподвижных дислокаций и их связывание в устойчивые системы ведут к упрочнению. Но при высоких температурах интенсивность разупрочнения путем переползания и двойного поперечного скольжения дислокаций (при неизменной температуре) оказывается повы­шенной. В результате в условиях релаксации упрочнение незначительно и зависит от интенсивности снижения напряжения.

Ряд исследователей (И. А. Одинг и др.) отождествляют интенсивность разупрочнения при ползучести l_с со скоростью релаксации напряжений :

(13)

По мере приближения напряжения и обусловленной им упругой деформации к нулю ( ) термодинамическое равновесие тела восстанавливается и уровень внутренней энергии снижается. При ползучести этого не наблюдается.

Таковы основные различия в процессах релаксации напряжений и ползучести (в средней температурной области).

Металл, работающий в условиях, вызывающих релаксацию напряжений, находится в менее выгодных условиях, чем металл, испытывающий ползучесть, так как при релаксации напряжений упрочнение от пластической деформации ввиду ее ограниченности крайне невелико.

1.3 Релаксация напряжений и температура

Характер возрастания пластической деформации во времени при ползучести в различных температурных интервалах имеет определенные особенности. В зависимости от температуры различают три разновидности этого процесса. Такой подход, по-видимому, можно распространить и на явление релаксации.

1. Низкотемпературная релаксация — при температурах ниже температуры возврата (для чистых металлов ниже 0,25 ).

В этой температурной области деформация растет во времени, подчиняясь приблизительно логарифмическому закону:

(14)

где α и β — постоянные. Поэтому сам процесс роста деформации можно назвать логарифмическим. Пластическая деформация в этом случае обусловливается скольжением дислокаций по плоскостям сдвига. Упрочнение, согласно Мотту-Набарро и Коттреллу [4], происходит в результате непрерывного исчерпывания дислокаций, находящихся в условиях наиболее легкого скольжения. Исходя из этого, пластическая деформация зависит от времени следующим образом:

(15)

где п — число дислокаций на единицу энергии активации;

F — средняя площадь, освобождаемая дислокациями;

b — вектор Бюргерса;

λ — частота колебания дислокаций в момент времени τ.

Релаксация, соответствующая логарифмической области, слабо зависит от температуры и совершенно не зависит от напряжения. Деформация находится в линейной зависимости от энергии активации.

Фелтам для этой температурной области дает следующее уравнение релаксации напряжений:

(16)

где γ— коэффициент, не зависящий от времени τ и ;

(17)

Величина снижается приблизительно линейно с повышением температуры.

Энергию активации релаксации определяют из зависимостей:

при напряжении сдвига

(18)

при растягивающем напряжении

(18’)

2. Среднетемпературная релаксация наблюдается в области температур [(0,25-0,5) ], при которых активно развиваются процессы возврата, а ближе к верхнему уровню температур — рекристаллизации. Основные процессы, контролирующие ход релаксации напряжений,— переползание краевых дислокаций и двойное поперечное скольжение, благодаря которым происходит разупрочнение металла; последнее все в меньшей степени может компенсировать ослабевающее действие источников дислокаций. Диффузионные процессы вызывают переползание дислокаций из одной (заблокированной) плоскости скольжения в другую (незаблокированную). Скорость релаксации в этой температурной области находится в экспоненциальной зависимости от энергии активации:

(19)

Однако пока еще нет единого мнения, как правильнее определять энергию активации релаксации, Л.П. Никитина подсчитывает энергию активации, пользуясь зависимостью

(20)

где - время, через которое напряжение станет равным σ;

А₀ — коэффициент. Ф. И.

Ф. И. Алешкин для этой цели использует аналогичную зависимость [5]

Характеристики

Список файлов ВКР