материалов, медленная непрерывная пластическая деформация твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. П. в той или иной мере подвержены все твёрдые тела - как кристаллические, так и аморфные. Явление П. было замечено несколько сот лет назад, однако систематические исследования П. металлов и сплавов, резин, стекол относятся к началу 20 в. и особенно к 40-м гг., когда в связи с развитием техники столкнулись, например, с П. дисков и лопаток паровых и газовых турбин, реактивных двигателей и ракет, в которых значительный нагрев сочетается с механическими нагрузками. Потребовались конструкционные материалы (
Жаропрочные сплавы)
, детали из которых выдерживали бы нагрузки длительное время при повышенных температурах. Долгое время считали, что П. может происходить только при повышенных температурах, однако П. имеет место и при очень низких температурах, так, например, в кадмии заметная П. наблюдается при температуре -269 °С, а у железа - при -169 °С.
П. наблюдают при растяжении, сжатии, кручении и др. видах нагружения. В реальных условиях службы жаропрочного материала П. происходит в весьма сложных условиях нагружения. П. описывается т. н. кривой ползучести (
рис. 1), которая представляет собой зависимость деформации от времени при постоянных температуре и приложенной нагрузке (или напряжении). Её условно делят на три участка, или стадии:
АВ - участок неустановившейся (или затухающей) П. (I стадия),
BC - участок установившейся П. - деформации, идущей с постоянной скоростью (II стадия),
CD - участок ускоренной П. (Ill стадия),
E0 - деформация в момент приложения нагрузки, точка
D - момент разрушения. Как общее время до разрушения, так и протяжённость каждой из стадий зависят от температуры и приложенной нагрузки. При температурах, составляющих 0 4-0,8 температуры плавления металла (именно эти температуры представляют наибольший технический интерес), затухание П. на первой её стадии является результатом деформационного упрочнения (
Наклёпа)
. Т. к. П. происходит при высокой температуре, то возможно также снятие наклёпа - т. н.
Возврат свойств материала. Когда скорости наклёпа и возврата становятся одинаковыми, наступает II стадия П. Переход в III стадию связан с накоплением повреждения материала (поры, микротрещины), образование которых начинается уже на I и II стадиях.
Описанные кривые П. имеют одинаковый вид для широкого круга материалов - металлов и сплавов, ионных кристаллов, полупроводников, полимеров, льда и др. твёрдых тел. Структурный же механизм П., т. е. элементарные процессы, приводящие к П., зависит как от вида материала, так и от условий, в которых происходит П. Физический механизм П. такой же, как и пластичности (См.
Пластичность)
. Всё многообразие элементарных процессов пластической деформации, приводящих к П., можно разделить на процессы, осуществляемые движением дислокаций (См.
Дислокации)
, и процессы вязкого течения. Последние имеют место у аморфных тел при всех температурах их существования, а также у кристаллических тел, в частности у металлов и сплавов, при температурах, близких к температурам плавления. При постоянных деформациях вследствие П. напряжения с течением времени падают, т. е. происходит релаксация напряжений (
рис. 2).
Высокое сопротивление П. является одним из факторов, определяющих
Жаропрочность. Для сравнительной оценки технических материалов сопротивление П. характеризуют пределом ползучести - напряжением, при котором за заданное время достигается данная деформация. В авиационном моторостроении принимают время, равное 100-200
ч, при конструировании стационарных паровых турбин - 100 000
ч. Иногда сопротивление П. характеризуют величиной скорости деформации по прошествии заданного времени. Скорость
полной деформации ε складывается из скорости
упругой деформации и скорости ε̇
p деформации П.
В. М. Розенберг.
Теория П. близко примыкает к пластичности теории (См.
Пластичности теория)
, однако в связи с разнообразием механических свойств твёрдых тел единой теории П. нет. Для металлов большей частью пользуются теорией течения: ε̇
p =
f (σ
, t)
(σ
-- напряжение,
t - время), которая удовлетворительно описывает П. при напряжениях, изменяющихся медленно и монотонно, но имеет существенно нелинейный характер зависимости ε̇
p от σ.
Более полное описание П. даёт теория упрочения: ε̇p = f (σ,ε̇p), которая удобна для приближённого анализа кратковременной П. при высоком уровне напряжений. Теория упрочения правильно улавливает некоторые особенности П. при изменяющихся напряжениях, однако её применение связано с большими математическими трудностями.
В механике полимеров обычно пользуются теорией наследственности:
,
где K (t - τ) т. н. ядро последействия, которое характеризует, в какой мере в момент времени t ощущается влияние (последействие) на деформацию единичного напряжения, действовавшего в течение единичного промежутка времени в более ранний момент τ. Т. к. напряжение действует и в др. моменты времени, то суммарное последействие учитывается интегральным членом. Теория наследственности определяет полную деформацию и даёт качественное описание некоторых более сложных явлений (например, эффекта обратной П.).
Л. М. Качанов.
Лит.: Работнов Ю. Н., Сопротивление материалов, М., 1962; Розенберг В. М., Основы жаропрочности металлических материалов, М., 1973; Гарофало Ф., Законы ползучести и длительной прочности металлов и сплавов, пер. с англ., М., 1968; Работнов Ю. Н., Ползучесть элементов конструкций, М., 1966; Бугаков И. И., Ползучесть полимерных материалов, М., 1973; Качанов Л. М., Теория ползучести, М., 1960; Малинин Н. Н., Прикладная теория пластичности и ползучести, М., 1968; Работнов Ю. Н., Теория ползучести, в кн.: Механика в СССР за 50 лет, т. 3, М., 1972.
Рис. 1. Пример кривой ползучести.
Рис. 2. а - кривые ползучести εp металлов при различных нагрузках; б - кривые релаксации напряжения σ при постоянной деформации.