деформации (Макклинток Ф., Аргон А., 1970 - Деформация и разрушение материалов), страница 3

В первом случае предел прочности является мерой сопротивления деформации, во втором — мерой сопротивления разрушению (например, в стекле, где нет заметной неупругой деформации, или ат и г. 1Л. Опредепеиие тнердостп. тнердость ранна Ртл, где Р— сина, А — плошадь отпечатка на оеоркностн, в латуни, где она есть). Материалы или конструкции, в которых перед разрушением происходит значительная пластическая деформация. называются пласгпичиили; если же пластическая деформация перед разрушением отсутствует, материалы называютоя хрупкими. Быстро определить сопротивление пластической деформации можно, произведя измерение твердости., прв котором в образец вдавливают индентор, как показано на фиг.

1.7. Твердость материала можно определять кав силу, приходящуюся па единицу площади отпетатьа, следовательно, онз имеет размерность напряжения. У пластичных материалов значения напряжения„полученные при измерении твердости, как правило, в 2,5 — 3 раза превосходят предел прочности при растяжении; зто вызвзно тем, что упругий материал, окружающий пластически деформированную зону около инден- т) Его панмнншт тдп>ие предальним сопротппеленппп — пШшпте еггепдттт (или иредельимм сопроптпаченпем рпстллееппмд и мрь. Структура и механизма деформевви ~пвсрдах тел тора, препятствует увеличению поперечных размеров отпечатка.

Часто используется шкала отвлеченных чисел твердости, определяемых по глубине вдавливаю|я индентора при постоянной нагрузке. После прохождения различных этапов деформирования образец разделяется на две или несколько частей. Если не было заметной пластической деформации или ползучести, этот процесс называется хррпхизу разрушением. Другим крайним случаем является разрыв, который представляет собой последовательное уменыпение толщины образца до нуля эа счет непрерывной пластической деформации или вязкого течения.

Пластическое разрушение— это расчленение образца при пластическом течении до наступления разрыва. Мерой пластичности материала является относительное уменьшение площади поперечного сечения ~в процентах) при разрушении во время испытания на растяжение. У хрупкого материала поперечное сужение равно нулю При разрыве оно составляет $00%. У большинства металлов и сплавов поперечное сук~ение имеет значение от 30 до 70%. Но даже з пластичных материалах мон'ет наступить разрушение при повторном приложении нагруаок, которые при однократном приложении не вызывают макроскопической пластической деформации материала.

В этом случае к образованию трещины, а затем и к разрушению приводит локальное пластическое течение. Это явление называется усталостью. Разрушение может наступить и после ползучести в результате образования пор в материале (по границам зерен или вблиаи включений) и их смыкания.

Коррозия — фактор, существенно влияющий иа механическое поведение материалов, потому что коррозия и напряжения, действуя совместно, иногда приводят неожиданно к опасному виду разрушения, называемому ворровиек под напряждниел. 11оследняя может выавать образование трещин при статическом и при повторном приложении напряжений, гораздо меньлшх, чем те напряжения, которые приводят к раарушению при отсутствии корроаии.

Трение и износ также являются процессами, которые в большой степени зависят от харантера поверхности материала, особенно от степени загрязненности и от наличия смазки. Хотя повреждения, вызванные износом, не столь заметны, как повреждения, вызванные большой пластичесьой деформацией или разрушением, тем не менее износ и коррозия являются первичными источниками выхода из строя большинства машин и конструвпий. $.3. МЕЖАУОМНЬГЕ ОЕЯдГ1 и УЕП,ЧОНОЕ ДВИжЕПИЕ А. Межатомные связи Механическое поведение материалов зависит от их строения.

Строениеили структуру следует рассматривать на равных уровнях, начиная со строения ядра и атома, молекулярной, кристаллической и дислокациояной структуры, полосы скольжения, субаерен„полос деформации, фаз, включений и переходя затем к конструкции балки, колонны„стрингеров и плит (например, в конструкции корабля или летательного аппарата). Далее в этой главе мы последовательно рассмотрим, как такие различные виды структуры участвуют з процессах деформации и разрушения материала. Изменения структуры ядра влияют на механическое поведение материалов, поскольку они вызывах~т превращения элементов, а ташке приводят к испусканию частиц с высокой энергией, которые нарушают правильность атомной, молекулярной или кристаллической структур. С другой стороны, механическое давление в несколько миллионов атмосфер, позволяющее существенпо изменить плотность, делает возможным протекание ядерных реакций, которые при атмосферном давлении неосуществимы.

Не касаясь технологии ядерных взрывчатых вещеетв, отметим, что основное участие ядерной струк- и ьрь. туры в деформации и раэрушении — это воадействие ядерных реакций на атомнуюе молекулярную и кристаллическую структуры. Нейтральный атом состоит иа положительна ааряженнаго ядра, окружеяного электронами, полный эаряд которых равен заряду ядра. Согласно квантовомеханическому описанию, имеется ряд орбит — мест вероятного нахождения электронов.

Считается, что энергия, угловой .иомент и спин электронов принимают лишь дискретные квантованные эначения. Нам важно лп РР -БАРР г Э Р вь и и-г Ф и г. т.В. Зииисиьтость энергии от однородной лвлатвлии для 1(иС) (и) н кроииводныв вивргки по расстоянию для кристиллв сферической формы, отнвсвяныв к текущему икачвнив повврлности сферы (5). Тангенс угла ивилонв нвчвльного участка ирисов иииринмиин ври т/ге = т равен утроенному иолулм вмстероннего синтии.

Привито, что г„= 2,51 А. г 3 4 5 Б г/гв лишь знать, что объединение атаман в молекулы и кристаллы вызвано вааимодействием электронов друг с другом и с ядрами. Оказывается, чта различные виды квантовомеханическаго вэаимодействия электронов можно рассматривать по отдельности, т. е. можно говорить о различяых составляющих энергии кристалла или молекулы: энергии отталкивания и одном или нескольких видах ввергни притяжения.

Иллюстрирует это фиг. 1.8, а, где вычерчены графики энергии отталкивания и", притяжения й и полной энергии и' в функции расстояния для случая однородной дилатации кристалла чаС1. При отсутствии напряжения полная энергия приблизительно равна энергии притяжения и называется энергией слези. Первая проиаводная от полной анергин определяет интенсивность изменения межатомныт сил с расстоянием (а',„, а„"„о'„„на фиг. 1.8, 6), а ее вторая производная — жесткость (мадуль всестороннего сжатия В).

Силы отталкивания, вызванные перекрытием внутренних, прочно свяэанпых с ядром электронных оболочек, преобладают ка близких расстоя- и мрь. Структура и меиииииии деЕуермиуии еиеердии иееи ниях и резко спадают пропорционально приблиаительно девятой степени расстояния, вли, точнее, экспоиенцкально [13). Силы связи по их величине мовене разделить на три класса: 1. Первичные связи.

а) Ионном связь. Атомы некоторых элементов, например щелочных металлов, помимо заполненных электронных оболочек, имеют валентные электроны, которые они могут легко отдавать. Атомы других элементов, например галогенов, стремятся присоединятьэлектроны для заполнения электронных оболочек.

Нейтральные атомы щелочных металлов в присутствии галогенов легко отдадут последним своп валентныо электроны. Образовавшиеся таким образом катионы щелочных металлов и анионы галогенов будут взаимно притягиваться электростатически без каких-либо дополнительных ваметных изменений их электронного строения. Например, в хлористом натрии катионы натрия стремятся окружить себя шестью авионами хлора и наоборот.

В резучьтате образуются не отдельные молекулы ЬаС1, а гигантская молекула, устойчивая за счет действия электростатических сил. Этот тип связи называется ионной связью. Электростатическую энергию притяжения находят, попарно суммируя электростатические взаимодействия между всеми положительными и отрицательпымн ионами; эта энергия меняется обратно пропорционально первой степени расстояния между ионами. Получаемые таким образом аначения энергии связи имеют порядок 40000 — 200000 кав/з реаль (а а д а ч и 1.1 — 1 3).

б) еГоваввнтная свлзь. Атомы ряда элементов стремятся к вааимному обмену некоторыми из своих валентных'алектронов, Связь, образующаяся в результате снижения энергии из-за такого обмена, нааывается ковалентной. По типу ковалентной связи обрааовано болыпинство молекул, например Ею Ою СНе, а также молекулы более сложных химических соединений.