строение (557054), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Петля гистере „ малых или очень бол "их скоростях натруженна и мак,„мальва к=ряду( аГЧгямя«яя Рис. йб. Схема кривых ползучестн для линейного (Г) и сетчатого (2) полимеров Рис, В«. Петли гнетерезиса при одиоцвкловом иагруые. нвв способного к высоко. злаетнческой.деформация иолимера в ик изменение при разных температурах н скоростях деформнрованмя. Стрелкамв указаны направления при нагрузке и разгрузке для тех значений времени действия силы и для тех условии когда г с При статическом нагружении в,условиях а ж т наибольшее практическое значение имеют случаи релаксации напряжения при неизменном относительном удлинении з = сопз1 и ползучесть при постоянной нагрузке и = сопз(.' Весьма важен с практической точки зрения процесс релаксации при действии постоянного напряжения и = сопз(, т. е. процесс ползучести.
Так же, как и для других материалов, кривая ползу- чести полимеров в координатах з — ( в зависимости от структурного состояния полимера, приложенного напряжения и температуры может иметь участки неустановившейся, установившейся и прогрессирующей ползучести. На рис. 85 приведены временные зависимости относительного удлинения е линейного аморфного и пространственного полимеров при ползучести.
В пространственном полимере (кривая 2) устанавливается предельное значение деформации, определяемое степенью сшивки. А время г достижения этого предельного значения будет определяться только временем релаксации, т. е. температурой. Если в момент г, внезапно снять нагрузку с подвергшегося ползучести полимерного тела, то оно восстанавливает свою форму. Мгновенно восстановятся только упругие гуковские деформации е,р, а затем — высокоэластические (конформационные) деформации е,, Поскольку в линейных полимерах, в отличие от сетчатых, обязательно в большей или меньшей степени реализуется также и процесс вязкого необратимого течения (взаимное смещение центров тяжести макромолекул), то в таких полимерах будет наблюдаться истинная остаточная деформация е , а деформация сетчатого полимера обязательно, пусть за чрезвычайно длительное время, полностью восстановится.
Как и при прямой ползучести, кинетика обратного последствия определяется временем релаксации т. Чтобы на практике убе- 141 диться, является ли наблюдаемая после опыта неьосстанонленная деформация истинной остаточной, необходимо тело нагреть или подвергнуть набуханию в низкомолекулярном растворителе для ускорения перехода в равновесное состояние. Кроме того, описанные выше идеализированные схемы релаксации могут существенно усложняться возникающими при эксплуатации химическими процессами изменения структуры (сшивкой, деструкцией, старением, набуханием и т. д.). Опыт работы с полимерами показывает, что в течение всего периода действия силы общая деформация может складываться из составлякзцих: упругой гуковской з, „, необратимого течения е, и высокоэластической е,, „ т.
е. з,о = ет,р+ з„, + за з. Подставляя в формулу для общей деформации функциональные зависимости для ее компонентов, получим выражение закона деформирования для линейного аморфного полимера: за =и — +и — (! — е )+и — 1, 1 1 — гт 1 Ез Ез ч1 где Е„Е, — модули упругости; ч„чз — коэффициенты вязкости в феноменологических моделях деформирования макромолекулы; т = Чз/Ез. Обычно з„„р весьма мала по величине и несущественно зависит от температуры. Величины ч, н ч,, определяющие соответственно е „и з,, „сильно зависят от температуры, Хотя при низких тЕМПЕратураХ Ч, » ЧЗ С ПрнбЛижЕННЕМ К Т,зя ВКЛад Е,„„В Общую деформацию возрастает.
В модели пространственно-сшитых полимеров отсутствует вязкий элемент Ч„а в выражении для деформации отсутствует е„„, т. е. зоея зуор + ев. е. з б. Критерии оценки коиструкцнонной прочности Удараая вязкость Склонность металла к хрупкому разрушению о намических испытаниях на ударный изгиб.
Испытаниям подвергают стандартные образцы с надрезом по середине длины. Надрез может быть $3-, 'т'- и Т-образной формы. Мерой вязкости образца служит удельная ударная вязкость КС, определяемая отношением работы динамического разрушения образца при ударе маятника (А) к площади сечения (Е), т. е. КС = А/Е. В зависимости от формы надреза в образце в обозначение ударной вязкости вводится третий индекс У, У или Т. Например, КСУ вЂ” ударная вязкость, определенная на образце с 13-образным надрезом. 142 Для обозначения ударной вязкости, измеренной при пониженной или повышенной температуре, вводится цифровой индекс, соответствующий данной температуре. Например, КСР-зоо, КСТ+зоо и т.
д. Полную работу К (или ударную вязкость КС) можно разделить на составляющие, определяющие работу зарождения (К,) и работу распространения (Кр) трещины. Для этого производят испытания нескольких образцов при двукратном приложении ударной нагрузки. Первый удар наносят маятником, поднятым на меньший угол, чем необходимо для полного разрушения образца. При этом в вершине надреза зарождается трещина. Измеряют глубину появившейся трещины Е Затем наносят второй, разрушающий образец удар, подняв маятник на высоту, используемую при стандартных испытаниях. Определяют КС', считая, что при втором ударе работа расходуется только на распространение трещины.
Строят диаграмму в координатах ( — КС" (рис. 86), где КС" = КС вЂ” КС' (КС вЂ” стандартная ударная вязкость, определенная в результате однократного удара). Экстраполяция прямой ! — КС" на ось абсцисс дает величину КС., пропорциональную работе зарождения трещины. Разность КС вЂ” КС. представляет долю ударной вязкости, приходящуюся на работу распространения трещины КСр. Работа распространения трещины (Кр) не меняется при изменении остроты надреза в образце и может быть малой величиной при температуре, когда ударная вязкость КС достаточно высока.
Следовательно, большая ударная вязкость КС еще не гарантирует вязкого разрушения. Если работа распространения трещины мала, то материал может оказаться хрупким. Некоторые металлы Ре, 1Ч, Мо, )чЬ, Еп и сплавы на их основе при понижении температуры обнаруживают склонность к переходу от вязкого к хрупкому разрушению. Это явление называется хладноломкостью. Температурный интервал изменения характера разрушения называется порогом хладноломкости. При хладноломкости резко снижается ударная вязкость, и волокнистая (вязкая) составляющая площади излома В, зА, падает до нуля, как это показано на рис. 87.
Порог хладноломкости задается двумя температурами: температурой полностью вязкого излома гз и температурой полностью хРУпкого излома йь Иногда поРог хаРактеРизУют одной цифРой Ез„ указывая ту температуру, при которой в изломе 50 зА волокнистой (вязкой) составляющей. Разность между температурой эксплуатации и тзз называют запасом вязкости. Хладноломкость металлов объясняется схемой А. Ф. Иоффе (рис. 88), показывающей, что предел текучести в большей степени, чем сопротивление отрыву, возрастает с понижением температуры.
При температуре г„р (критическая температура хрупкости) кривые пересекаются. При г ~ г„р металл разрушается вязко, поскольку напряжение вначале достигает значения, соответствующего пре- д% !ао () !в !лг !в !УР Рнс. 87. Эзвнснность вязкая составляющая нзланз (В, зб) от тенаературы хладналом. касты Рнс. 88. Схема разделення ударнад вязкастн КС на состазляющне КСз (зараждення) н КС (расяространення) трещнны делу текучести, и в металле начинается пластическая деформация. При 1( 1нр наблюдас ется хрупкое разрушение, так как приложенное напряжение сразу достигает значе! ния, равного сопротивлению отрыва, и металл ! разрушается без пластической деформации.
зу ! !' На положение порога хладноломкости ! влияют многие факторы. Измельченне зерна снижает порог хладноломкости, а увеличе«д ! ние концентрации дефектов в структуре повышает его. Примеси внедрения в некоторых металлах ()81, Мо, Сг) существенно повышают )8).
Увеличение скорости деформирования металла и масштабный фактор также повышают порог хладноломкости. Положение порога хладноломкости характеризует сопротивление материала хрупкому разрушению. Однако в некоторых случаях и выше порога хладноломкости металл может разрушиться хрупко, если работа распространения трещины невелика. Установлена связь между прочностью металла и, и работой распространения трещины Кр. Чем выше о„тем меньше Кр. По этой причине высокопрочные металлы могут проявлять склонность к хрупкому разрушению.
Рнс. 88. Схеыз А. Ф. Иоффе яереходв металла от вязкого (/) в хрувкое (//) составные: ! — сонротнвленне отрыву; г — нредел текучестн) ! „— крнтнческа кая температура хрунност» Вязкость разрушения Расчеты на прочность деталей и узлов машин при статическом нагруженин основаны на допустимых напряжениях, которые определяются значениями и,, и и,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
