ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Электрохимический механизм роста трещин из "Механика хрупкого разрушения " Первое допущ,ение можно обосновать следующ,им образом. Гальванический элемент обычно видоизменяется со временем чаш,е всего это связано с выделением водорода или других металлов на катоде (катодная поляризация), а также с выделением газообразного хлора или кислорода на аноде (анодная поляризация). В результате этих процессов э. д. с. микроэлемента постепенно падает и ток прекращается, пока вследствие локального разрыва не произойдет обнажения свежего металла,. после чего процесс повторяется. [c.409] Существование скачкообразного режима роста трещин (со скачками больше размера пластической области) по электрохимическому механизму является маловероятным, так как это требует чрезмерно большого времени работы одного и того же гальванического микроэлемента, которое на самом деле ограничено естественными процессами поляризации (прежде всего катодной). Явление порогового коэффициента интенсивности напряжений объясняется именно этой причиной. Очевидной нижней оценкой величины Kis будет величина вязкости разрушения металла, из объема которого мысленно удалены все активные анодные области, вызывающие рост трещины. [c.410] Здесь Di и Zi — соответственно коэффициенты диффузии и валентности (с учетом знака), ионов i-ro сорта, F = 9,65-10 к — число Фарадея, Ог(ф, с,) —количество ионов г-го сорта, переходящих в двойной слой за единицу времени в расчете на единицу площади срединной поверхности. [c.411] Первый и второй члены в правой части уравнения (7.64) означают скорость изменения числа частиц, приходящихся на единицу площади поверхности S, вследствие диффузии и миграции ионов под действием кулоновских сил Второе слагаемое в левой части уравнения (7.64) дает скорость изменения концентрации вследствие конвективного переноса ионов потоком жидкости. [c.411] Условимся потенциал металла на берегах трещины считать равным нулю. Тогда ф(и,v) представляет собой скачок потенциала на границе металл — раствор при переходе через двойной слой от металла к электронейтральному раствору. Через фо будем обозначать потенциал слоя А на дне трещины (фо — заданная эмпирическая постоянная рассматриваемой системы). При этом автоматически учитывается также контактный потенциал на границе различных металлов. [c.411] Они представляют собой потоки соответствующих реагентов в двойной слой (при Gi 0). [c.412] Уравнения (7.64) и (7.66) представляют собой замкнутую систему относительно искомых функций i(u, v) и ф(ы, v). К ним нужно присоединить еще начальные и граничные условия. [c.412] Здесь т —масса иона металла, растворяющегося на дне трещины, р —плотность металла. Ом, См и Zm — соответствующие величины, относящиеся к ионам растворяющегося металла, п — направление нормали к фронту трещины на поверхности 5, е — объемная доля в металле анодного компонента, растворяющегося в результате анодной реакции на дне трещины (ионы М-го сорта относятся к одному из п сортов). Функции /i известны из опыта или же из теории, относящейся к конкретной анодной г реакции (в частности, если поток ионов i-ro сорта через фронт tpeщины равен нулю, то fi — 0). Если трещина не развивается (или развивается по какому-либо другому механизму), условие (7.68), очевидно, не выполняется. [c.412] Здесь Т1—коэффициент теплообмена на границе металл —жидкость, Гм —температура металла в соответствующей точке поверхности S, Q — доля суммарного теплового эффекта реакции в двойном слое, приходящаяся на раствор. Ввиду хорощей теплопроводности металла и контакта металл — раствор тепловыми потоками вдоль поверхности S можно пренебречь по сравнению с потоком тепла в направлении нормали к этой поверхности. [c.413] Работа этого элемента аналогична работе элемента Вольта ионы Н+ движутся к берегам щели (катод), рекомбинируют там в молекулы (2H+-f 2е- Н2), нейтрализуя электроны, и образуют газообразный слой ионы 50Г связывают в растворе ионы Zn++, которые переходят в раствор, оставляя свои электроны на цинковом аноде. [c.413] В установившемся режиме левая часть уравнений (7.70) обращается в нуль (скорость роста трещины весьма мала, так что членом Vd ildx можно пренебречь)-, а трещину можно считать полубесконечной (хСО). В этом случае на бесконечности при д - —оо должны быть заданы концентрации j и потенциал ф. Получающаяся краевая задача в каждом конкретном случае может быть решена численно на ЭВМ. [c.414] Здесь индекс 1 относится к ионам Zn , а индекс 2 — к ионам SO4 . [c.414] Первое слагаемое в (7.74) отвечает разряду, второе — обратному процессу ионизации. Формула (7.74) годится для процессов выделения водорода и металлов (на катоде) она хорошо описывает также анодную поляризацию. Потоку частиц Gi соответствует электрический ток с плотностью Z eG. Часто на катоде можно пренебречь ионизацией и ограничиться первым слагаемым в (7.74). [c.415] Величина ф. представляет собой равновесный потенциал на границе металл — раствор электролита. [c.416] Величина Я, О, так как фо — ф 0. При фо ф О, когда катод и анод меняются местами, скорость становится мнимой, что отвечает физическому смыслу задачи. [c.417] Таким образом, с увеличением ширины щели э. д. с. моно--тонно убывает. [c.417] 88) видно, что скорость трещины тем больше, чем меньше ширина щели (функция /о монотонно убывает с увеличением Л, обращаясь в нуль при h == Ло, когда потенциал фо становится равным равновесному потенциалу фоо). Физически этот результат совершенно естествен, так как с уменьшением. ширины щели увеличивается плотность анодного тока, которая определяет скорость роста трещины. [c.418] Вернуться к основной статье