Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Релаксация напряжений — самопроизвольное снижение внутренних напряжений в детали при сохранении неизменной полной деформации. Процесс идёт за счёт перехода части упругой деформации в пластическую. Релаксация напряжений объясняет ослабление затяжки болтов, проседание пружин и потерю усилия в прокладках под нагрузкой.
Релаксация напряжений — медленное падение нормального или касательного напряжения во времени в нагруженной детали при условии ε = const. Полная деформация остаётся постоянной, но её упругая составляющая постепенно превращается в пластическую (или вязкую). Поскольку напряжение пропорционально только упругой части, оно уменьшается.
Это явление родственно ползучести, но реализуется в противоположных условиях. При ползучести напряжение постоянно, а деформация растёт; при релаксации фиксирована деформация, а снижается напряжение. Обе формы поведения описываются общими уравнениями состояния материала.
Дифференциальное соотношение, описывающее релаксацию, имеет вид dσ/dt = −E · dε_пл/dt, где E — модуль Юнга, ε_пл — пластическая (ползучая) составляющая деформации. Скорость падения напряжения определяется скоростью накопления неупругой деформации, которая зависит от уровня σ, температуры и материала.
Микромеханизм связан с движением и перераспределением дислокаций, диффузией атомов и пограничным проскальзыванием зёрен. При комнатной температуре в углеродистых сталях процесс крайне медленный, но у цветных металлов и в полимерах он заметен уже в обычных условиях.
С ростом температуры скорость релаксации экспоненциально возрастает. Принято считать, что для металлов процесс становится практически значимым при гомологической температуре T/T_пл > 0,3–0,4, где T_пл — температура плавления в кельвинах.
Простейшая модель — реологическая схема Максвелла: упругий элемент (пружина) последовательно с вязким (демпфер). При фиксированном растяжении напряжение убывает по экспоненте σ(t) = σ_0 · exp(−t/τ), где τ — время релаксации, характерное для материала и температуры. Реальные металлы дают более сложные кривые, но качественно картина та же.
Релаксацию различают по физической природе и условиям нагружения.
Учёт релаксационного поведения критичен при проектировании и эксплуатации ряда узлов.
Способность материала сохранять напряжение во времени называют релаксационной стойкостью. Высокая релаксационная стойкость нужна пружинным сталям, жаропрочным сплавам и крепёжным материалам ответственных соединений.
Испытания на релаксацию напряжений в металлах регламентируются ГОСТ 26007 (методы испытания на релаксацию напряжений), а также международными стандартами ASTM E328 и ISO 11691. Для пружин и пружинной проволоки действует ГОСТ Р 57173 (методы испытаний при осадке).
Образец нагружают до заданного начального напряжения, фиксируют его деформацию специальным захватом или жёсткой оснасткой и оставляют на длительное время при контролируемой температуре. Через заданные интервалы измеряют усилие и строят кривую релаксации σ(t).
Релаксация напряжений — неустранимое физическое явление, важное для проектирования резьбовых, пружинных и фланцевых соединений, а также теплонагруженных конструкций. Понимание её механизма и количественных характеристик позволяет правильно задавать начальное усилие затяжки, выбирать материал по релаксационной стойкости и планировать межсервисные интервалы. Испытания проводят по ГОСТ 26007 и аналогам, а результаты используют в инженерных расчётах ресурса.
Статья носит ознакомительный характер. Автор не несёт ответственности за решения, принятые на основании изложенной информации; для инженерных расчётов и оценки ресурса конкретных конструкций используйте действующие нормативные документы и данные производителей материалов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.