Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна - Бальшин М.Ю.
Скачать (прямая ссылка):
ления.
66
Материалы с фиксированной структурой (пеномате-риалы и порошковые материалы с закрытыми порами) должны иметь характеристики: z=l, гц=1, m»2, a=ft2.
На рис 11 дана зависимость от ft значений а=?/? * т, Zd для порошкового железа (кривые /—3), по данным [28], и а==ав/(сгв)к, т, z/ft для меди с диаметром волокна 50 мкм [29] (кривые 4—6).
Величина т в уравнении a=ftm для порошкового железа непрерывно падает с повышением 9 (кривая 2): от 3,20 при ft=0,71 до 2,26 при #=0,925. Для волокнистой меди (кривая 5) наблюдалось повышение значений т от 2,25 при ft=0,14 до 2,97 при ft=0,6 и затем, при дальнейшем повышении ft, — снижение т до 2,71 при ft=0,7. Функция z/ft у порошкового железа (кривая 3) возрастала с повышением ft от 0,94 до 1,06. Однако практически можно принять z^ft = I, т, е. равновероятность фиксирования встречи во всем интервале. Функция z/ft у волокнистой меди (кривая 6) с повышением ft сначала сильно падала: от z/ft=4,37 при ft=0,14 до z/ft= 1,04 при ft=0,6, затем несколько возрастала—до z/ft= 1,14 при ft=0,7. Все приведенные на рис. 11 кривые подтверждают указанные выше закономерности.
5*
67
13. СЛУЧАЯ ОСОБО ВЫСОКИХ СВОЙСТВ ПОРИСТЫХ ТЕЛ
Наиболее высокое значение предела прочности п* малой величине О (0,1) приведено в работе CaLT Поллака [30]. Волокнистая малоуглеродистая сталь п Й крытая 10% меди, расплавляющейся при спекании имї* ла ств=1 кГ/мм* при #=0,1. При O=I величина'(«T такого материала не могла превышать 60—70 кГІмм* Таким образом, фактическое значение ов было в 1 4-1 1,6 раза больше максимально возможного расчетного значения (ов=0,6Ч-0,7 кГ/мм2) по формуле ав/(ав)к= = 0=02 z=02; z=l. Такое повышение прочности, сверх значения предельно допускаемого статистической теорией пористого тела, можно объяснить двумя путями:
1. Процесс спекания, являясь избирательным, может выйти за рамки статистической теории, особенно при низких плотностях. Возможен идеальный контакт, приводящий к полному слиянию волокон в местах контакта. В этом случае величина критического сечения а может превысить значение а=02, следовательно,
Оа<а<0; a-vO. (111,22)
В случае образования жидкой фазы, в результате стягивания ее к приконтактным участкам, происходит их идеальное заполнение. Возможно даже образование сечений контактных участков, площадь которых больше сечений волокон, а следовательно, возможна и наиболее высокая прочность волокнистых тел в местах контакта. Нетрудно доказать, что для высокопористых волокнистых тел достаточно нескольких объемных процентов твердой фазы для такого идеального заполнения. Поэтому значения прочности a = aB/(aB)K при наличии жидкой фазы могут отвечать формуле (ІП, 22).
2. Формулы статистической теории для величины критического сечения а были введены из расчета изотропности, т.е. равенства критических сечений а (при
=const) по трем главным измерениям. В случае анизотропности (ххфачфаъ, где ai — наибольшее, аз--на" меньшее критическое сечение. В соответствии с принц» пом, впервые высказанным в работе [31], при вом значении О средняя арифметическая величИН* тического сечения по трем измерениям при анизотропна
68
'ед»
процессе равна величине критического сечения а. пп„ изотропном процессе формирования пористого телаГт е"
(<Ч + а3 + сс3)/3 = ан = #2 d«>ldft=*W г; ЗЛа'М - 3z = 3(аи)ед - (аі)ед + (C^J+ (<Хз)е ai = №z; 1<?<3; а3 = ^аг; 0<*'<1;
(аОед^^г; (а3)ед = ?'г, (III,23)
где величины k\ k могут меняться с изменением О, величина (аи)ед—единичное критическое сечение при изотропном, а (аі)ед, (агЬд, (аз)ед—единичные контактные сечения по трем главным измерениям при анизотропном процессе.
Величина максимального критического сечения в формулу ав/(сгв)к=а='о'2 была введена из расчета изотропности формируемых тел. Волокнистые материалы анизотропны и поэтому прочность в одном из направлений может быть в 1,4—1,6 раза больше максимального значения, что и наблюдалось в работе [30]. В принципе допустимы оба альтернативных толкования. Но в сущности второе толкование, выраженное в формулах (111,23), сводится к тому, что пористое тело не выходит за рамки статистической теории в тех направлениях, где z <!1, и выходит из рамок этой теории в направлениях, где z>l.
М. АНИЗОТРОПИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ КОНСОЛИДАЦИИ И АВТОНОМНОСТИ. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПОНЯТИЯ КОЭФФИЦИЕНТА КОНСОЛИДАЦИИ ПРИ ЕГО ЗНАЧЕНИИ г> і
Анизотропность коэффициентов консолидации z и автономности у прежде всего логически очевидна. При анизотропной форме частиц и их неодинаковой ориентировке в разных направлениях (и даже при равноосной форме частиц, но неодинаковом давлении консолидации по разным осям) степень их консолидации и автономности по этим направлениям не может быть одинаковой. Следовательно, и величина коэффициентов консолидации z и автономности у по трем главным измерениям в этих случаях анизотропна.
Анизотропность учитывается и формулами физико-статистической теории. Так, из формулы (Ш,8), оазиру-. ющейся на физических соображениях, следует, что а«
69
«=0?. Одно из равноправных значений понятия л и« ємная концентрация твердой фазы) *~ вероятна" встречи с твердой фазой любого проведенного BHVTDH ?Ь ла в произвольном направлении пространственного э мента (например, плоскости или линии). Таким обпГ зом, величина О одинакова и изотропна в любом напоа лении. Это утверждалось еще в работе [27] (значения пористости и относительной плотности — линейные по верхностные и объемные — совпадают по величине)' Та" ким образом, в тех случаях, когда величина а анизотропна, фактором анизотропности может быть только сомножитель z. Он же является фактором анизотропности для величины ///к — безразмерной длины пористого тела [см. формулу (III, 6)]:
