Ползучестью называется процесс накопления пластической деформации под действием постоянных нагрузки и температуры.
Естественно, что процесс ползучести протекает и при переменных нагрузках и температурах. В таких условиях работают многие детали энергетического оборудования. Однако критерии процесса ползучести, как правило, определяются при строго постоянных нагрузке и температуре, так как влияние колебания нагрузки или температуры очень трудно проверить экспериментально: для этого потребовалось бы испытание металла для каждого конкретного режима.
В некоторых металлах и сплавах, например в свинце, ползучесть может эффективно протекать при комнатной температуре. В стальных деталях, работающих под нагрузкой, этот процесс возникает при температурах 350—400 °С и протекает с той или иной скоростью, значение которой определяется условиями работы детали (величины напряжений, температуры, нестационарностью силовых и тепловых режимов). Чем выше температура, тем меньше напряжение, при котором возникает ползучесть.
Ползучесть металла
Широкое изучение явления ползучести началось в 20-х годах прошлого столетия в связи с внедрением в энергетику пара с более высокими параметрами.
В среднего и высокого давления явление ползучести возникает только в трубах пароперегревателя, их выходных камерах и паропроводах, а также в неохлаждаемых деталях (в подвесках, креплениях и т. д.). Для котлов сверхвысоких параметров количество элементов, подверженных ползучести, резко возросло.
В результате ползучести увеличивается диаметр и уменьшается толщина стенки элементов шарового котла, работающих под внутренним давлением. Если своевременно не заменить деталь, например, используя сварку с качественным наконечником для сварочного полуавтомата, проработавшую определенное время в условиях ползучести, то она может разрушиться.
Испытания материалов на ползучесть весьма длительны: минимальное время испытаний обычно составляет 3 000—4000 ч. Для проверки методов экстраполяции этих данных на более продолжительные сроки службы металла длительность испытаний доводят до 100 000 ч и более. Большая длительность испытаний .на ползучесть делает их весьма дорогими, поэтому они должны проводиться очень тщательно.
Испытания на ползучесть производятся на специальных установках следующим образом: образец устанавливается в захваты и помещается в электропечь, снабженную регулятором температуры. Чем больше длина образца, тем точнее измерения его деформации в процессе ползучести, поэтому для испытаний используются образцы с расчетной длиной до 200 мм. Температура образцов контролируется с помощью термопар. Для уменьшения градиента температуры по длине образца мощность спиралей на концах печи делается больше, чем в ее средней части. Важно, чтобы градиент температуры по длине образца был сведен к минимуму, в противном случае результаты испытаний не дадут правильного представления о характеристиках ползучести материала.
Для поддержания постоянства температуры в (настоящее время используются электронные регулирующие потенциометры.
Перед приложением нагрузки проверяется соосность захватов и образца для исключения изгиба (последнего. Когда достигается необходимая температура образца, после некоторой выдержки к нему прикладывается заданная нагрузка. Нагрузка на образец должна прикладываться плавно, иначе может исказиться весь ход процесса, поэтому испытательные машина снабжены демпферами, обеспечивающими плавное нагружение образца.