Алюминий в электротехнике

Ползучесть и усталость алюминия

Алюминий, длительно нагруженный при обычной температуре, даже ниже предела текучести продолжает с течением времени увеличивать свою деформацию. Это явление называют ползучестью. В результате ползучести после определенного времени происходит разрушение.

У чистого отожженного алюминия ползучесть наблюдается при напряжениях, которые соответствуют пределу упругости. Однако принято считать, что область ползучести берет начало при напряжениях выше предела упругости.

В табл. 2-5 показаны данные измерения ползучести для меди и алюминия.

С повышением температуры ползучесть алюминия возрастает, что является следствием снижения его упругих свойств при нагреве. Поэтому необходимо принимать во внимание явление ползучести при расчете проводов на дополнительные нагрузки в эксплуатационных условиях.

Предел ползучести лежит в интервале между пределом упругости и пределом текучести материала. По данным для алюминия предел ползучести равен 12 кгс/мм 2 (при этом предел прочности на растяжение 18 кгс/мм2 для проволоки).

Свойство алюминия деформироваться при длительных нагрузках приводит к ослаблению контактов между проводом и зажимом. Испытания осадки алюминиевого провода в зажиме, зажатого при постоянном давлении, велись при комнатной температуре в течение 50 дней (периодически нагревались до 100° С и охлаждались до 20° С). В течение первых пяти дней (при комнатной температуре) провод осел, а затем осадка совсем прекратилась. Нагрев до 100° С привел к новой сильной деформации этого провода. Однако последующие нагревы и охлаждения в интервале 20—100° С не привели к новым деформациям (рис. 2-7). Низкий предел ползучести является одним из серьезных факторов, препятствующих широкому внедрению чистого алюминия в электротехнической промышленности.

В процессе работы алюминиевые провода, шины и другие изделия испытывают на себе действие вибрации, которая вызывает в материале переменные напряжения сложного характера. В дополнение к возникшим напряжениям присоединяются еще трение и удары провода о зажим и т. п. Например, материал воздушных проводов одновременно подвергается растягивающим напряжениям, а также изгибающим напряжениям переменного знака. Действие таких деформаций в течение длительного времени приводит к изломам от усталости.

Предел усталости твердого алюминия равен приблизительно 7 кгс/мм 2 при 20° С.

Исследования изломов воздушных проводов от действия вибраций свидетельствуют о том, что изломы имеют место вблизи арматуры или внутри ее. Изломы, как правило, наблюдались в месте наибольшего изгиба провода (при выходе или входе в зажим) в тех местах, где сосредоточены максимум статических и динамических напряжений, возникающих при натяжении провода, прогиба его и вибрации.

В табл. 2-6 представлены значения предела усталости проволоки из алюминия в сравнении с медной.

При использовании алюминиевых проводов целесообразно при монтаже избегать повреждения их поверхности и перетяжки проводов в зажимных устройствах.