Основные определения и теория представления о релаксации. Критерии релаксации

 (8)

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

 

 

 

 

3.5 Основные критерии релаксации  напряжений 

Для оценки релаксационной стойкости материалов служат следующие  критерии: оставшееся напряжение; падение  напряжения; ресурс напряжений; скорость релаксации; предел релаксации; условные коэффициенты релаксации.

Оставшееся напряжение. Напряжение  “оставшееся” в детали или испытуемом образце по истечении некоторого промежутка времени от момента нагружения детали (образца) начальным напряжением , наиболее часто используется в качестве численной характеристики релаксационной стойкости металлов и сплавов. Несмотря на это, до сих пор нет единого термина для обозначения . Помимо оставшегося напряжения, величину  называют остаточным, текущим и конечным напряжениями или же просто напряжением релаксации.

Термин остаточное напряжение неизбежно приведет к путанице с  укоренившимися понятиями остаточных напряжений 1-го и 2-го рода. Термин текущее напряжение неудачен в смысловом отношении и, кроме того, вызывает ассоциации с пределом текучести. Наконец, напряжение бывает конечным не всегда, а лишь в том случае, когда оно совпадает с окончанием испытания или срока эксплуатации. По этим соображениям, мы придерживаемся термина оставшееся напряжение, который представляется наиболее удачным.

Величина   за данный период времени τ зависит от начального напряжения: =f( ). Приводя численные значения , необходимо указывать, при каком именно  они были получены, что, к сожалению, не всегда выполняется.

Основное преимущество оставшегося  напряжения как критерия релаксации заключается в том, что величина  получается непосредственно из эксперимента и не требует дополнительной математической обработки.

Падение напряжения за обусловленный  промежуток времени τ ( ) наряду с оставшимся напряжением  можно считать основным критерием релаксационной стойкости, применявшимся еще в ранний период изучения процесса релаксации. Так же как и , величина  является функцией начального напряжения: = f( ).

Косвенной характеристикой  релаксации, в принципе аналогичной  , можно считать величину осадки цилиндрической спиральной пружины под воздействием сжимающего усилия. Как известно, такая методика испытания широко применяется для оценки релаксационной стойкости пружинных сталей и сплавов.

Вместе с тем величина  и  для данного времени τ недостаточно полно характеризуют сравнительную сопротивляемость релаксации исследуемых материалов, поскольку они не отражают ни предыдущего, ни дальнейшего протекания процесса релаксации. Для суждения о кинетике спадания напряжений необходимо знать  или  за различные промежутки времени, составляющие 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 от полного времени испытания или заданного срока службы.

Ресурс напряжений. В ряде случаев снижение напряжения в процессе релаксации удобно представлять в относительных  значениях от начального напряжения. Относительная величина оставшихся напряжений, выраженная в процентах, получила название «ресурса напряжений»:

 (59)

Скорость релаксации. Различают  «истинную», «среднюю» и «логарифмическую»  скорости релаксации.

Истинную (или «мгновенную») скорость релаксации в любой точке  кривой напряжение — время

 (60) 

 

практически не определяют. Обычно подсчитывают среднюю скорость релаксации ( ) за некоторый промежуток времени, ограниченный двумя точками ( и ) на первичной кривой релаксации;

 (61)

Величину   измеряют в единицах напряжения, отнесенных к единице времени, или в процентах в час.

Логарифмическая скорость релаксации определяется уравнением

 (62)

и выражается в величинах  или  Величина, обратная k:

 (63)

под названием «время релаксации»  ранее также применялась в  качестве характеристики релаксации.

И.А. Одинг и Ф.И. Алешкин установили на железе Армко прямолинейную (в логарифмической системе координат) зависимость скорости релаксации  от времени испытания. Температурная зависимость  выражена на логарифмическом графике ломаной линией.

Предел релаксации. Этот термин применяют, по крайней мере, в трех вариантах: истинный (физический) предел релаксации напряжений; условное напряжение для заданной скорости релаксации; условный (технический) предел релаксации (по напряжению).

Под истинным (физическим, теоретическим) пределом релаксации напряжений по аналогии с физическим пределом ползучести понимают максимальное начальное напряжение, еще не вызывающее релаксации. Эта  характеристика практически не применяется, и существование физического  предела релаксации пока не имеет  достаточного экспериментального подтверждения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Положительное влияние на релаксационную стойкость сплавов оказывают  все факторы, повышающие сопротивление  разупрочнению, уменьшающие скорость возврата и способствующие торможению диффузионных процессов, а также  создающие стабильные препятствия  движению дислокаций.

Таким образом, любое нарушение  структурной однородности твердого раствора способствует развитию процессов  релаксации. Это объясняется термодинамической  неустойчивостью сплава, в котором  образовались локальные участки  структуры, несвойственной данным внешним (температура, давление) и внутренним (химсостав) условиям.

Можно ожидать понижения релаксационной стойкости сплава и в том случае, если в основном твердом растворе имеются концентрационные неоднородности. Последние могут возникать, например, при недостаточной выдержке стали  во время термической обработки. В никельхромовых и некоторых других сплавах концентрационная неоднородность наблюдается в связи с возникновением, так называемого K-состояния.

Большое влияние на релаксационную стойкость металлов и сплавов (как  и вообще на жаропрочность) оказывает  величина зерна основного твердого раствора. Для повышения релаксационной стойкости сплавов при относительно высоких температурах, в особенности при ограниченном сроке их службы, целесообразно увеличение размера зерна основной структуры; в связи с этим все виды термической обработки, приводящие к укрупнению зерна, являются предпочтительными. Однако наиболее крупное зерно почти неизбежно приводит к значительному уменьшению длительной пластичности и в ряде случаев способствует чувствительности к концентраторам напряжений. Поэтому, например, чрезмерно крупное зерно в металле крепежных деталей недопустимо.

Список использованной литературы

1. Борздыка, А.М. Релаксация напряжений в металле и сплавах / А.М. Борздыка, Л.Б. Гецов. – М.: Металлургия, 1972. – 304 с.

5. Одинг, И. А. Исследования жаропрочных сталей и сплавов / И.А. Одинг, Ф. И. Алешкин // Наука. – 1964. – № 9 – С. 63.

6. Ровинский, Б.М. Релаксация напряжений / Б.М. Ровинский, В.Г. Лютцау // Известия ОТН АН СССР. – 1956. – № 11. – С. 96.

8. Мак Лин. Механические свойства металлов / Лин Мак. – М.: Металлургия, 1965. – 426с.

9. Одинг, И. А. Изучение явления релаксации напряжений / И. А. Одинг, А. В. Зубарев, З. Г. Фридман // Металловедение и термическая обработка металлов – 1961. – № 1. – С. 2.

11. Релаксационные явления в  металлах и сплавах. – М.: Металлургиздат, 1963. – 354с.

15. Гинцбург Я. С. Релаксация напряжений в металлах / Я. С. Гинцбург. – М.: Машгиз, 1957. – 361с.

16. Проблемы металловедения и  физики металлов (ЦНИИЧМ). – М.: Металлургиздат, 1955. – вып. IV. – 412с.