Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
ияям разрушении. Если на участке поверхности малых размеров (но значительно превышающих сече-
Локальные напряжения особенно велики у края образовавшейся трещины, где происходит концентрация напряжений, причём оии тем больше, чем больше её размер. Если этот размер больше иек-рого критич. гс, иа атомы у края трещины действует напряжение, превосходящее стт, н трещина растёт дальше по всему сечению тела с большой скоростью — наступает разрушение. Величина гс определяется из условия, что освободившаяся при росте трещины упругая энергия материала покрывает затраты энергии иа образование новой поверхности трещниы: rc » Eyioi (где у — анергия единицы поверхности материала). Прежде чем возрастающее внеш. усилие достигнет необходимой для разрушения величины, отд. группы атомов, особенно входящие в состав дефектов в кристаллах, обычно испытывают перестройки, при к-рых локальные напряжения уменьшаются («релаксируют»). В результате происходит необратимое изменение формы тела — пластич. деформация; ей также способствуют термич. флуктуации. Разрушению всегда предшествует большая или меиыпая пластич. деформация. Поэтому при оценке гс в энергию Y должна быть включена работа пластич. деформации уР. Если пластич. деформация велика не только вблизи поверхности разрушения, но и в объёме тела, то разрушение вязкое. Разрушение без заметных следов пластич. деформации иаз. хрупким. Характер разрушения проявляется в структуре поверхности кз л ома. В кристаллич. телах хрупкому разрушению отвечает скол по кристаллография, плоскостям спайности, вязкому — слияние микропустот и скольжение. При низкой темп-ре разрушение преим. хрупкое, прн высокой — вязкое. Темп-ра перехода от вяакого к хрупкому разрушению иаз. иритич. темп-рой хладноломкости.
Поскольку разрушение есть процесс зарождения к роста трещин и пор, оно характеризуется скоростью или временем т от момента приложения нагрузкк до момента разрыва, т. е. долговечностью материала. Исследования мн. кристаллич. и аморфных тел показали, что в широком интервале темп-p T и напряжений о, приложенных к образцу, долговечность при растяжении определяется соотношением
X=T0OXp
/ Ut-OV \
[ kT J’
(1)
где Tp прибл. равно периоду тепловых колебаний атомов в твёрдом теле (IO"12 с), энергия U0 близка к энергии сублимации материала, активац. объём V составляет обычно неск. тысяч атомных объёмов и завискт от структуры материала, сформировавшейся в процессе предварительной термич. и механич. обработки и во время нагружения. При низких темп-рах долговечность очень резко падает с ростом напряжения, так что при любых важных для практики значениях т существует почти постоянное предельное значение напряжения о0, выше к-рого образец разрушается практически мгновенно, а
*69
ПРОЧНОСТЬ
ПРЫЖКОВАЯ
ниже — живёт неограниченно долго. Это значение CTo можно считать прочности пределом (табл.).
Некоторые значения предела прочности на растяжение, кгс/мм2 (1 кгс/мм2=10 ИН/м1)
O0 о„/Е
Графит (нитевидный кристалл) 24 00 0,024
Сапфир (нитевидный кристалл) 1500 0,028
Железо (нитевидный кристалл) 1300 0,044
Тянутая проволока ие высокоуглеродистой стали 420 0,02
Тянутая проволока из вольфрама . . . 380 0,009
Стекловолокно 360 0,035
Мягкая сталь 60 0,003
Нейлон 50
Время т затрачивается иа ожидание термофлуктуац. зарождения микротрещии и на их рост до иритич. размера ге. Когда к образцу прикладывают напряжение а, он деформируется сначала упруго, затем пластически, причём около структурных неоднородностей, имевшихся в исходном состоянии или возникших при плаетич. деформации, образуются большие локальные напряжения (напр., в кристаллах — в результате скопления днслоиаций). В этих местах зарождаются микротрещины. Их концентрация может быть очень большой (напр., в нек-рых ориентиров, полимерах до IO16 трещин в 1 см9). Однако их размеры, определяемые масштабом структурных неоднородностей, значительно меньше гс. Под пост, напряжением размеры и концентрация трещин растут медленно н тело не разрушается, пока случайно (напр., в результате последоват. слияния близио расположенных соседних трещин) одна не них не дорас*ёт до иритич. размера. Поэтому при создании прочных материалов следует заботиться не столько о том, чтобы трещины не зарождались, сколько о том, чтобы они не росли.
Случайное распределение структурных неоднородностей по объёму образца, по размерам и по степени прочности и случайный х а рай тс р термич. флуктуаций приводят к разбросу значений долговечности (а также нредела П. т, т. Ct0) при испытаниях одинаковых образцов при заданных значениях ст и Т. Вероятность встретить в образце «слабое» место тем больше, чем больше его объём. Поэтому П. т. т. (разрушающее напряжение) малых образцов (напр., тонних нятей) выше, чем больших из того же материала (т. н. масштабный эффент). Участки е повышенным нанряжением, где легче зарождаются микротрещины, встречаются чаще у поверхности (выступы, царапины). Поэтому полировка поверхности и защитные покрытия повышают П. т. т. Напротив, в агрессивных средах П. т. т. понижена.
