Relaksacja metali - próby relaksacji

Zjawisko relaksacji to zjawisko zanikania naprężeń w czasie podczas wymuszonego odkształcania materiału. Odkształcanie materiału odbywa się przez zmianę odkształceń sprężystych na jego odpowiednie odkształcenie trwałe. Zjawisko relaksacji występuje zwykle w konstrukcjach sprężonych oraz w połączeniach między konstrukcjami sprężonymi – np. w połączeniach gwintowych pracujących w podwyższonych temperaturach. Relaksacja naprężeń może powodować nieszczelność połączeń oraz ich obluzowywanie się.

W przypadku gdy w części konstrukcyjnej wykonanej z metalu powstanie jednoosiowy stan naprężeń rozciągających, który spowoduje odkształcenie sprężyste, to po określonym czasie (zwłaszcza w warunkach podwyższonej temperatury) w części konstrukcyjnej może wystąpić odkształcenie trwałe, którego całkowita wielkość równa będzie odkształceniu sprężystemu.

Odkształcenie trwałe, które wystąpi w materiale, wynika z pełzania metalu, które to zmniejszy naprężenia początkowe, aż do ich zaniku. Prędkość relaksacji V_r jest to zmiana naprężenia w czasie. 

Zależność między pełzaniem a relaksacją określana jest wzorem: V_r = -E ε_p.

Dzięki tej zależności możliwe jest wyciąganie wniosków dotyczących własności relaksacyjnych materiału na podstawie wyników jego pełzania, a także analogicznie – określać prędkość pełzania na podstawie danych związanych z relaksacją naprężeń. Relaksacja naprężeń może być mierzona przy naprężeniach zginających, skręcających i rozciągających.

Próby relaksacji

Najpowszechniejszymi próbami są próby relaksacji przy jednoosiowym rozciąganiu i polegają one na pomiarze spadku naprężenia w czasie przy stałym odkształceniu. Badania relaksacji metali i stopów przeprowadzane są w specjalnych aparatach do prób na relaksację. Podczas badania temperatura i naprężenia zbliżone są do rzeczywistych warunków pracy materiału.

Próba relaksacji metali i stopów przeznaczonych do pracy w temperaturach podwyższonych przebiega w temperaturach wyższych o 50 – 100^oC względem temperatur przewidzianych w warunkach pracy materiału. Wyniki badań relaksacji prezentowane są w postaci zależności naprężeń do czasu, spadku naprężenia w czasie i prędkości relaksacji w czasie.

Uproszczoną metodą w praktyce przemysłowej jest umieszczenie próbki w zrywarce i poddanie jej naprężeniom rozciągającym, wywołując określone odkształcenie sprężyste, a następnie utrwalając odkształcenie i umieszczając próbkę w piecu, w którym wygrzewana jest w temperaturze badania przez określony czas, aż do momentu osiągnięcia założonej temperatury. Po tym czasie blok z próbka zostaje wyciągnięta i ochłodzona do temperatury otoczenia, a następnie mierzone jest wydłużenie całkowite próbki.