ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизмы износа деталей, вызываемые подводом энергии из окружающей среды при умеренных температурах и монотонно возрастающих нагрузках из "Надежность двигателей летательных аппаратов " Механизмы износа и разрушения конструкций, вызываемые подводом энергии из окружающей среды весьма многообразны и зависят от ряда факторов. [c.79] Влияние всех этих факторов на механизм разрушения целесообразно рассмотреть начиная со случая работы деталей при умеренных температурах (ниже минимальной температуры рекристаллизации, т. е. в два раза более низкой, чем температура плавления соответствующих материалов) и при монотонно возрастающей нагрузке. В этом случае существуют два основных механизма разрушения материала первый характеризуется доминирующей ролью пластического течения, а второй — распространением трещин. Способность металлических кристаллов к пластической деформации, определяющая пластичность металлов при умеренных температурах, объясняется с позиции теории дислокаций, которую развивает раздел физики твердого тела, называемый дислокационной физикой. Эта теория исходит из того положения, что хотя кристаллы имеют строго периодическое строение, но в реальных кристаллах даже в условиях идеального термодинамического равновесия возможно существование дефектов кристаллической решетки. [c.80] Кристаллические структуры с максимальной плотностью упаковки атомов (катионов) и минимальной энтропией могут иметь либо гранецентрированную кубическую решетку, например у меди (рис. 4.6,а), либо гексагональную (например у бериллия) (см. рис. 4.6,5). В первом случае решетка состоит из трех повторяющихся атомных (катионных) слоев (Л, В т С), во втором — из двух А и В). Термодинамически равновесными дефектами таких решеток являются вакансии 1 и межузельные атомы 2 (рис. 4.7). [c.80] При температуре, равной абсолютному нулю по шкале Кельвина, все катионы находятся в узлах кpи тaJЗЛичe кoй решетки. Такое состояние соответствует идеальному кристаллу, не имеющему дефектов (рис. 4.8). При повышении температуры кристалла из-за возникающих тепловых колебаний решеток часть катионов выбрасывается из узлов и попадает в межузлия, создавая дефекты кристаллической решетки (рис. 4.9). [c.81] Подобный незавершенный сдвиг и называется дислокацией. В отличие от точечных дефектов, нарушающих лишь ближний порядок в кристалле, дислокации являются линейными дефектами кристаллической решетки, нарушающими правильное чередование атомных плоскостей, что приводит к искажению всей структуры кристалла и смещению всех его атомов. [c.82] Количественной мерой при этом служит суммарная длина дислокационных линий на единицу объема кристалла g — так называемая плотность дислокаций. [c.82] Как только у даниого стопора произойдет флуктуация до1статочной величины, она совместно с внешним приложенным напряжением разрывает связь дислокации с кристаллом в данной точке. После повторения этого процесса у всех стопоров дислокация освобождается и под действием напряжения начинает двигаться, пока снова не будет остановлена стопорами (рис. 4.14). [c.84] При (ВЫСОКИХ напряжениях, а следовательно, высоких скоростях движения дислокаций и температурах кристалла, существенно отличающихся от абсолютного нуля, свободные колебания дислокаций тормозятся из-за взаимодействия с электронами в кристалле. Это происходит в результате поглощения свободными электронами фононов (колебаний узлов кристаллической решетки), возникающих при движении или колебании дислокаций, а следовательно, отбирающих энергию у дислокаций и тормозящих их движение, оказывая сопротивление как вязкая среда. [c.84] Взаимодействие дислокаций со свободными электронами и фононами является основной причиной их торможения при высоких напряжениях и больших скоростях движения дислокаций (более 10 см/с), когда их кинетическая энергия превышает энергию взаимодействия со стопорами. [c.84] Перемещение дислокаций приводит к пластической деформации кристаллов. Посколжу вклад каждой отдельной, дислокации невелик, пластическая деформация металлов происходит в результате пере(мещ0ния огромного количества дислокаций, Эту величину можно оценить из следующих соображений. Перемещение единичной дислокации в кристалле объемом V вызывает элементарную деформацию кристалла B= Sil V, где S — площадь поперечного сечения кристалла. При этом перемещаются 10 дислокаций на каждый кубический сантиметр объема кристалла при его деформациях на десятые доли процента. [c.84] В случае мелкозернистой структуры подвижность дислокаций полностью блокируется границами зерен в поликристаллах из-за их разной ориентации, что не позволяет дислокациям, скользящим в одном кристалле, перейти в другой и приводит к скоплению их у границ эерен. Поэтому материалы с мелко1фисталличес-кой структурой имеют более высокие прочностные характеристики, чем монокристаллы с дислокационными включениями. [c.85] Однако материалы с высокой плотностью дислокаций обладают повышенной хрупкостью и склонностью к трещинообразованию и не выдерживают нагрева до высоких температур Поэтому стали использовать комбинированные материалы (в том числе и на металлической основе), армированные нитевидными бездисло-кационными кристаллами. [c.85] В процессе образования трещины можно выделить три стадии протекания этого процесса 1) накопление повреждений, 2) возникновение микротрещины, 3) распространение трещины в металле. [c.86] Развитие разрушения пластичных металлов, например меди, алюминия и других, сопровождается выраженными явлениями ползучести материала и образования микропор диаметром в десятые доЛи микрона. Вследствие пластического течения и локальных разрушений вдоль границ зерен образовавшиеся микропоры увеличиваются и, когда их концентрация достигает десятков миллиардов на кубический сантиметр, образуются микротрещины. [c.87] Вернуться к основной статье