Испытания на релаксацию напряжения

Релаксацией называют самопроизвольное уменьшение напряжений в материале при неизменном значении величины его общей деформации. Это вызвано переходом упругой деформации в пластическую.

Релаксация напряжений - широкое понятие. Мы уже не раз встречались с ним рассматривая процессы пластической деформации и разрушения. Однако до сих пор речь шла о местных релаксациях напряжений в отдельных участках материала. При испытаниях на релаксацию оценивают уменьшение макронапряжений во всем образце. Типичным примером детали, работающей

в условиях релаксации напряжений, является болт фланцевого соединения. Плотность этого соединения определяется усилием натяга болта, который создается вследствие упругой ело деформации. С течением времени натяг болта (уровень напряжений) будет ослабевать, так как часть упругой деформации будет переходить в пластическую.

Особенно быстро и значительно релаксирует напряжения при повышенных температурах, когда пластическая деформация облегчается.

Кривая изменения напряжения от времени (кривая релаксации) в образце, деформированном на постоянную величину, имеет вид, схематично показанный на рис. 126. Спад напряжений особенно интенсивен в первые часы. С течением времени кривая асимптотически приближается к какому-то определенному значению напряжения.

Итак, испытания на релаксацию необходимо проводить в следующих условиях:

где σ0 и еп - напряжение и деформация в момент начала релаксации напряжений.

ИЗ формулы (160) следует - неизбежность спада напряжений из-за увеличения доли пластической деформации.

Величина релаксации напряжений ∆σ часто зависит от времени по логарифмическому закону:

(161)

где α и К - коэффициенты, не зависящие от времени.

Этот закон можно вывести из общего уравнения релаксации напряжений как термически активируемого процесса:

где энергия активации(Q - Вσ) зависит от напряжения.

Как видно из формулы (162), скорость релаксации dσ/dτ растет экспоненциально с повышением температуры.

Механизм - релаксации связан с постепенным перемещением дислокаций за счет поперечного скольжения и переползания даже в условиях снижающегося внешнего - напряжения. Как и при ползучести, в процессе высокотемпературной релаксации напряжений пластическая деформация сопровождается образованием субзеренной структуры и смещениями по границам кристаллитов. Скорость релаксации обычно прямо связана со скоростью ползучести: чем выше, сопротивление ползучести, тем больше релаксационная стойкость.

Испытания на релаксацию напряжений проводят по схемам растяжения, изгиба и кручения.

Широкое распространение получил метод И. А. Одинга, в котором релаксация оценивается на кольцевых образцах, расчетная часть которых ВАВ (рис. 128) имеет равное сопротивление изгибу. Напряжение в образце создается установкой клина К в прорезь СС. Утолщенные части образца ВС и ВС в релаксации участия не принимают. Они только передают усилие от клина к расчетной части кольца.

четной части кольца. Величина создаваемых там напряжений определяется толщиной клина t. Она больше ширины прорези, поэтому общая начальная деформация составит четной части кольца. Величина создаваемых там напряжений определяется толщиной клина t. Она больше ширины прорези, поэтому общая начальная деформация составит,

где Е - модуль нормальной упругости;

А - коэффициент, связанный с перемещением утолщенных концов кольца в процессе деформации, равный 0,000583 мм.

После выдержки образца в печи при заданной температуре в течение определенного времени его вынимают, охлаждают, удаляют клин из прорези и измеряют ширину СС, которая теперь меньше а. Величина остаточного напряжения

σост = Е А ∆ е, (164)

где ∆е - разница между ео и получаемой после испытания деформацией.

В результате рассчитывают величину релаксации напряжений ∆σ= σо-σост, По измерениям ∆σ в функции времени выдержки образца в печи строят кривую релаксации. В качестве характеристики релаксационной стойкости принимают величину падения напряжения ∆ σ за заданное время (200-300ч.)

Лекция разработана «___»________200__г.

_______________________Фигуровский Д.К.