105 / 142
Актуальные проблемы в машиностроении
. Том 4. № 1. 2017
Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
105
УДК 539.4.015
ПОЛЗУЧЕСТЬ И УСТАЛОСТЬ МЕТАЛЛОВ С ПОЗИЦИЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ
КОНЦЕПЦИИ РАЗРУШЕНИЯ
М.Г. ПЕТРОВ, канд. техн. наук, доцент
(ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина»,
г. Новосибирск)
Петров М.Г.
– 630051, г. Новосибирск, ул. Ползунова, 21,
Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С.А. Чаплыгина,
e-mail:
markp@risp.ruРассматривается ползучесть металлических сплавов как термоактивированный
процесс. Анализ результатов испытаний, проведённых в различных температурно-
временных условиях, выявляет физические законы деформирования и разрушения, которые
затем используются для построения структурных моделей материалов. Эти модели
описывают амплитудные зависимости неупругости материалов, связывают их с
распределением внутренних напряжений по объёму твёрдого тела и воспроизводят в
расчётах микропластические деформации, вызывающие усталостное разрушение. Поскольку
температура и время входят в дифференциальные уравнения физической кинетики в явном
виде, решается задача прогнозирования долговечности материалов при произвольных
температурно-силовых условиях.
Ключевые слова:
ползучесть, усталость, пластическое течение, неупругие
деформации, внутренние напряжения, разрушение, прочность, долговечность.
Введение
Зависимость использующихся в инженерной практике прочностных характеристик
материалов (различных «пределов» – прочности, текучести, усталости и др.) от температуры
и времени указывает на их некоторую общую физическую причину. Большой объём
экспериментальных исследований привёл к пониманию того, что разрушение является
кинетическим процессом, происходящим во времени [1–3]. Все прочностные характеристики
материалов определяются, прежде всего, температурой, являющейся мерой внутренней
энергии твёрдого тела, и рядом других внутренних и внешних факторов. К внутренним
факторам относятся теплофизические свойства веществ, составляющих материал, и его
структура, а к внешним – вид и характер нагружения, воздействия окружающей среды.
Кинетическая природа прочности твёрдых тел выявляется в простых опытах на
долговечность при постоянных и нарастающих нагрузках, при которых можно наблюдать
появляющиеся и развивающиеся во времени повреждения в виде микротрещин или пор.
Анализ долговечности
и скорости течения материалов
p
как функций температуры
T
и
напряжений
указывает на физические причины этих процессов, которые выражаются
зависимостями
RT
U
0
0
exp
и
RT
Q
p
0
0
exp
,
(1)
где
R
– универсальная газовая постоянная,
U
0
и
Q
0
– начальные значения энергии активации
(ЭА) разрушения и деформирования, γ и
– активационные объёмы,
– структурный