ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Изменение свойств конструкционных материалов при охлаждении из "Холод в машиностроении Издание 2 " Тепловое состояние тела характеризуется его температурой. Когда температура снижается, термоактивируемые эффекты в кристаллических телах уменьшаются значительно изменяются основные физические и механические свойства. [c.6] Электросопротивление металлов линейно уменьшается с понижением температуры и устанавливается на значении, обычно называемом остаточным сопротивлением. Определение остаточного сопротивления является чувствительным методом изучения степени совершенства кристаллического строения металла, так как точка остаточного сопротивления определяется рассеянием электронов из-за примесей и дефектов в кристаллах. [c.6] У ряда металлов при температурах от 4 до 23 К электрическое сопротивление падает до нуля [5]. Опыты указывают на снижение предела текучести металлов при переходе в сверхпроводящее состояние в связи с ослаблением электронного торможения дислокаций. На прочность и вид разрушения твердых тел не влияет переход в сверхпроводящее состояние. [c.6] Теплоемкость всех материалов становится чрезвычайно малой при криогенных температурах (ниже 200 К), и даже небольшое количество тепла может существенно изменить температуру тела. Влияние электронов проводимости на теплоемкость ощутимо лишь при температурах, близких к абсолютному нулю. [c.6] Обычно в конструкторских и технологических расчетах пользуются средним значенйем температурного коэффициента линейного расширения для определенного температурного интервала (табл. 1). Однако для точных расчетов следует учитывать его зависимость от температуры [8, 40]. [c.7] Стекло при охлаждении изменяет линейный размер незначительно, а пластмассы и эластомеры больше. Применение слоистых материалов и нитей, армирующих пластмассы, позволяет регулировать их сжатие при охлаждении. При снижении температуры от комнатной до близкой к абсолютному нулю сжатие некоторых силиконовых резин достигает 2,5%. [c.7] Изменение механических свойств металлов и сплавов при снижении температуры зависит от вида кристаллической решетки и несовершенства ее строения, размера зерен, включений атомов легирующих элементов, фазового состава сплавов. На прочность и пластичность кристаллических тел особое влияние оказывают число действующих в кристаллической решетке систем скольжения, количество и распределение примесей, упорядоченность дислокационной структуры. [c.7] Исследования механических свойств металлов различного кристаллического строения показывают, что охлаждение их образцов ниже 273 К приводит к повышению предела прочности при растяжении, росту модуля упругости [И, 12]. При сохранении пластичности у металлов и сплавов в условиях низких температур растет работа разрушения при динамических нагрузках и сопротивление разрушению материалов при циклических нагрузках. [c.7] Переход металла в хрупкое состояние при охлаждении связан с изменением характеристик пластичности и уменьшением работы разрушения. [c.7] Металлы с кристаллической решеткой объемно-центрированного куба (ОЦК) а-железо, хром, молибден, тантал и вольфрам — склонны к разрушению без остаточных пластических деформаций. Температура перехода этих материалов в хрупкое состояние изменяется в широких пределах — от нескольких сот градусов для вольфрама до гелиевых температур (около 4 К) для тантала. При охлаждении ОЦК-кристаллов число действующих систем скольжения уменьшается. [c.8] У металлов с ГЦК-решеткой отношение напряжений течения при двух уровнях низких температур, например 77 К и 4 К, не зависит от уровня деформаций. Для ряда металлов этой группы (например, алюминия) выполняется закон Коттрелла-Стокса [51,52]. [c.9] У металлов с ОЦК-решеткой предел текучести сильно возрастает при криогенных температурах. Последними исследованиями установлена связь дислокационной структуры таких металлов не только с термической компонентой напряжений течения, но и с атермической, зависящей от величины структурной ячейки (величина d в уравнении Холла-Петча). Таким образом, переходная температура для металлов с ОЦК-решеткой определяется не только строением, но и химической чистотой, субструктурой и существенно зависит от стесненности деформаций и напряженного состояния [42, 52]. [c.9] У металлов с гексагональной плотно упакованной кристаллической решеткой пластические деформации ограничены еще при 290 К, так как у них работает в основном одна система скольжения. Чтобы обеспечить хорошую пластичность при низких температурах таких металлов, как титан, цирконий, бериллий, добиваются низкой концентрации в них примесей внедрения, а упрочнение металла достигается образованием твердых растворов замещения. [c.9] Графики на рис. 1 характеризуют зависимость пределов прочности и текучести для металлов технической чистоты трех основных кристаллических структур. В соответствии с дислокационными представлениями о процессе пластического течения прочность металла при заданной температуре зависит от модуля сдвига, вектора Бюргерса и энергии дефектов упаковки [52]. [c.9] У металлов ГЦК-решеткой при снижении температуры прочность значительно растет. Предел текучести мало зависит от температуры. У металлов с ГЦК-кристаллической решеткой, например алюминия, меди, у-железа, при снижении температуры деформативность при разрыве даже возрастает вследствие роста однородности пластических деформаций (по относительным удлинению б и сужению поперечного сечения t j, см. рис. 1). [c.9] У металлов с ОЦК-решеткой отношение при охлаждении возрастает существует критическая температура хрупкости, при достижении которой пластичность металла снижается практически до незначительного уровня. [c.9] Механические свойства технически чистых поликристаллических металлов при низких температурах приведены в табл. 2. [c.12] Следует различать пластичность и вязкость металла. Пластичность определяют как способность материала подвергаться деформации, приводящей к необратимому остаточному изменению его первоначальной формы без микроскопического разрушения. Вязкость — это свойство металла поглощать в заметных количествах, не разрушаясь, механическую энергию. Вязкость определяется величиной работы внешних сил, затрачиваемой как на упругую, так и на пластическую части общей деформации. [c.12] Пластичные металлы могут иметь малую вязкость при высоком относительном удлинении (например, алюминий) и, наоборот, высокую вязкость при сравнительно небольшом удлинении (например, термически обработанная легированная сталь) [1, 12). [c.12] Температура, соответствующая переходу металлов из пластического в хрупкое состояние, называется критической температурой и характеризует порог хладноломкости. Так как переход из пластического состояния в хрупкое для большинства металлов и сплавов происходит в некотором диапазоне температур, то различают два порога хладноломкости верхний, соответству--ющий переходу из пластического состояния в промежуточное, и нижний, соответствующий переходу из промежуточного состояния в хрупкое. [c.12] Вернуться к основной статье