Krypning av material

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 28 januari 2020; kontroller kräver 2 redigeringar .

Krypning av material ( efterverkan ) - långsam, uppstår över tid, deformation av en fast kropp under påverkan av en konstant belastning eller mekanisk belastning . Alla fasta ämnen , både kristallina och amorfa , är föremål för krypning i viss utsträckning .

Historik

Fenomenet kryp uppmärksammades av K. Navier (1826), G. Coriolis (1830), men studerades först kvantitativt av L. Vika (1834). Systematiska studier av krypning av metaller och legeringar , gummin , glas går tillbaka till början av 1900-talet och särskilt till 40-talet, då man i samband med teknikutvecklingen stötte på till exempel krypning av skivor och blad av ång- och gasturbiner, jetmotorer och raketer, där betydande uppvärmning kombineras med mekaniska belastningar. Det krävdes konstruktionsmaterial (värmebeständiga legeringar), varav delar skulle tåla belastningar under lång tid vid förhöjda temperaturer. Under lång tid trodde man att krypning endast kan ske vid förhöjda temperaturer , men krypning sker också vid mycket låga temperaturer, till exempel i kadmium observeras märkbar krypning vid en temperatur av -269 ° C, och i järn - vid - 169 °C.

Orsaker och egenskaper

Materialens krypning studeras experimentellt främst under enkla spänningstillstånd: enaxlig spänning , kompression , såväl som ren skjuvning . Villkoren för att genomföra sådana experiment bestäms av GOST. Krypning under komplexa stresstillstånd studeras vanligtvis på tunnväggiga rörformiga prover.

Krypkurva

Krypning beskrivs av den så kallade krypkurvan , som är deformationens beroende av tid vid konstant temperatur och applicerad belastning (eller stress).

Det är villkorligt uppdelat i tre sektioner, eller stadier:

AB - avsnitt av ostadig (eller dämpad) krypning (steg I),
BC - sektion av stadig krypning - deformation som fortskrider med konstant hastighet (steg II),
CD - område med accelererad krypning (steg III),
E 0 - deformation vid tidpunkten för applicering av belastningen,
punkt D är förstörelsens ögonblick.

Krypstadier

Både den totala tiden till brott och längden på varje steg beror på temperaturen och pålagd belastning. Vid temperaturer som utgör 40%-80% av metallens smälttemperatur (det är dessa temperaturer som är av störst tekniskt intresse) är krypdämpningen i dess första skede resultatet av töjningshärdning ( härdning ).

Eftersom krypning sker vid höga temperaturer är det också möjligt att ta bort härdning - den så kallade återgången av materialegenskaper. När hastigheterna för arbetshärdning och retur blir desamma börjar krypsteg II . Övergången till steg III är förknippad med ackumulering av skador på materialet (porer, mikrosprickor), vars bildande börjar redan i steg I och II.

Krypning och plasticitet

De beskrivna krypkurvorna har samma form för ett brett utbud av material - metaller och legeringar, jonkristaller , halvledare , polymerer , is och andra fasta ämnen. Den strukturella krypmekanismen , det vill säga de elementära processerna som leder till krypning , beror både på typen av material och på de förhållanden under vilka krypning sker . Den fysiska mekanismen för krypning , särskilt vid höga temperaturer, är övervägande av diffusionsnatur och skiljer sig således från mekanismen för deformation under plasticitet , som är förknippad med snabb glidning längs polykristallkornens atomplan (Yu. N. Rabotnov. Mechanics of en deformerbar fast kropp). Hela mångfalden av elementära processer av irreversibel plastisk deformation som leder till krypning kan villkorligt delas in i processer som utförs av förflyttning av dislokationer (defekter i en kristall) och processer på grund av diffusion. De senare förekommer i amorfa kroppar vid alla temperaturer under deras existens, såväl som i kristallina kroppar, i synnerhet i metaller och legeringar, vid tillräckligt höga temperaturer. Vid temperaturer nära smälttemperaturer blir skillnaden mellan krypning och plasticitet mindre uttalad [1] . Med en konstant total deformation minskar spänningarna i en belastad kropp med tiden på grund av krypning , det vill säga stressavslappning uppstår .

Värmebeständighet

Det höga krypmotståndet är en av faktorerna som bestämmer värmebeständigheten . För en jämförande bedömning av tekniska material kännetecknas krypmotståndet av krypgränsen - den spänning vid vilken en given deformation uppnås under en given tid. Vid konstruktion av flygmotorer tas en tid lika med 100-200 timmar, medan det vid konstruktion av stationära ångturbiner är 100 000 timmar.Ibland kännetecknas krypmotståndet av värdet på töjningshastigheten efter en given tid. Den fulla töjningshastigheten är summan av den elastiska töjningshastigheten och kryptöjningshastigheten . ${\dot \varepsilon }$ ${\dot \varepsilon }_{e}$ ${\dot \varepsilon }_{\pi }$

Andra faktorer

Vibrationer kan påskynda krypningen många gånger om.

Position i teorin

Teorin om krypning ansluter nära teorin om plasticitet , men på grund av de olika mekaniska egenskaperna hos fasta ämnen finns det ingen enhetlig teori om krypning . För metaller används oftast flödesteori :

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

var är spänningen, är den tid som på ett tillfredsställande sätt beskriver krypning vid spänningar som varierar långsamt och monotont, men har ett väsentligen olinjärt beroende av . $s$ $t$ ${\dot \varepsilon }_{\pi }$ $s$

En mer fullständig beskrivning av krypning ges av härdningsteorin : ${\dot {\varepsilon }}_{\pi }=f(s,{\dot {\varepsilon}}_{\pi })$

vilket är bekvämt för en ungefärlig analys av kortvarig krypning vid hög stressnivå. Härdningsteorin fångar korrekt vissa egenskaper hos kryp under varierande påfrestningar, men dess tillämpning är förenad med stora matematiska svårigheter.

Inom polymermekanik används vanligtvis teorin om ärftlighet :

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

var finns den så kallade efterverkanskärnan, som kännetecknar i vilken utsträckning vid tidpunkten påverkan (efterverkan) på deformationen av en enhetsspänning känns, som verkade under en tidsenhetsperiod vid ett tidigare ögonblick . $K(t-\tau )$ $t$ $\tau$

Eftersom spänningen verkar även vid andra tillfällen tas den totala eftereffekten med i integraltermen . Teorin om ärftlighet definierar den totala deformationen och ger en kvalitativ beskrivning av några mer komplexa fenomen (till exempel effekten av omvänd krypning ).

Litteratur

↑ Tyra, Otani. Teorin om högtemperaturstyrka hos material

Bell J.F. 1 // Experimentell grund för mekaniken för deformerbara fasta ämnen. - M. : GRFML, 1984. - 600 sid.
Rabotnov Yu. N. Krypning av strukturella element. M.: Nauka, 1966. 753 sid. Arkiverad 18 januari 2021 på Wayback Machine
Rabotnov Yu. N. , Mileiko S. T. Kortvarig krypning. M.: Nauka 1970. 224 sid.
Rabotnov Yu. N. Krypteori. I: Mekanik i USSR i 50 år. Volym. 3. Mekanik för en deformerbar solid kropp. M.: Nauka, 1972. S. 119-154, 167-169