ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние растворения на прочность каменной соли (эффект Иоффе) из "Основы практической прочности кристаллов " Как показал А. Ф. Иоффе с сотрудниками, каменная соль в обычных условиях испытания ведет себя как хрупкий материал, если же производить разрыв каменной соли в воде, то она допускает значительные пластические деформации и разрыв наступает при напряжениях, заметно превышающих прочность сухих кристаллов (эффект Иоффе). Ряд существенных сведений о механизме разрыва дает нам изучение и правильное понимание открытого Иоффе явления. До сих пор оно не имело полного удовлетворительного толкования, которое стало возможным лишь с точки зрения развиваемых нами представлений. [c.35] В этой главе будет дан обзор существующих точек зрения на эффект Иоффе, их анализ и предлагаедюе нами объяснение этого явления. [c.35] Открытое Иоффе [13] в 1923 г. влияние растворения поверхности на прочность и пластичность каменной соли вызвало большой интерес и привело к интенсификации разработки вопросов прочности. Различными исследователями был выполнен ряд работ для выяснения сущности этого явления. За 14 лет со дня открытия эффекта Иоффе он довольно много изучался, хотя в большинстве случаев недостаточно последовательно. Имеется значительная литература, посвященная этому вопросу, однако до сих пор нет общепринятой точки зрения для его объяснения. Так, Шмидт в своей книге [24] пишет Еще не существует удовлетворительного, охватывающего все явления объяснения действия растворения. Предложенные попытки отличаются в своих основных положениях . Сопоставив существующие точки зрения, он приходит к заключению Из рассмотрения соответствующих объяснений эффекта Р1оффе видно, что еще не существует его удовлетворительного понимания . [c.35] Такое медленное развитие в понимании этого вопроса объясняется, как нам кажется, следующими причинами а) к изучению и пониманию этого явления всегда подходили с предвзятыми взглядами, вытекавшими из теории Гриффитса (все сводили к первичным дефектам) б) получаемые опытные данные были недостаточно ясными и однозначными. Из-за неудовлетворительного согласия методов изучения было затруднительно сравнивать результаты, полученные на растворенной соли, с данными, полученными для других кристаллов. [c.35] например, для кристаллов каменной соли не было найдено явной связи между их пластическим удлинением и упрочнением. Вопрос об остаточном действии воды на пластичность этих кристаллов также подвергался оспариванию. Значительная путаница в понимании закономерностей разрыва вносилась тем, что всегда опыты проводились с неравномерно растворенными образцами. Лишь Классен-Неклюдовой [96] удалось показать, что каменная соль в пластическом состоянии подчиняется тем же закономерностям, что и другие кристаллы. [c.36] Иоффе действие растворения видел в следуюш ем. При растяжении соли в воде растворяется ее поверхность. Растворение поверхности влечет за собой удаление поверхностных трещин, на которых возникают перенапряжепия, ведущие к разрыву. Удалив эти трещины растворением, мы можем нагрузить кристалл до напряжений, превышающих его хрупкую прочность, и довести их до значений, соответствующих пределу упругости. Как только будут достигнуты напряжения, соответствующие пределу упругости, наступает пластическая деформация, сопутствуемая большим удлинением и упрочнением. Растворение ведет к повышению величины хрупкой прочности при данной температуре до значения, соответствующего величине предела упругости при этой же температуре. Повышенная пластичность соли в воде есть следствие возможности перевода ее за предел упругости. Однако данных представлений недостаточно для понимания основных закономерностей этого явления. [c.36] НИИ гипотезы о механизме возникновения опасных дефектов. [c.38] Для этого рассмотрим более подробно основные факты, полученные в результате изучения влияния растворения на прочность они сводятся к следующему. [c.38] При растяжении каменной соли в воде она ведет себя как пластичный, а не как хрупкий кристалл. Предел упругости и коэффициент упрочнения кристалла, растягиваемого в воде, имеют то же значение, что и у сухих кристаллов, и элементы деформации неизменны. Диаграммы растяжения в области нагрузок от О до (где Ра — прочность сухой соли) для мокрой и сухой соли совпадают [89, 91, 93, 94, 96]. Таким образом, при растяжении в воде пластические свойства каменной соли остаются неизменными. Действие воды поверхностное. Всё повышение прочности есть результат предшествовавшей разрыву пластической деформации. [c.38] Если растворить поверхность кристалла каменной соли водой и проводить его растяжение спустя некоторое время, то эффект растворения сохраняется, кристалл дает удлинение порядка 5— 6% и разрыв происходит при р гг 700 Г/мм [85, 93, 94, 96]. Если на растворенную поверхность кристалла нанести царапину, то разрыв произойдет по царапине [94]. Если проводить растворение поверхности кристалла в процессе его растяжения или периодически, то можно получать значительно большие удлинения (до 40% и более) и прочность до значения, равного приблизительно 3 кПмм [93, 94, 96]. При температуре —100° С, когда пластичность сухой каменной соли значительно снижается, действие растворения сохраняется, причем и в этом случае повышение прочности есть результат предшествовавшей разрыву пластической деформации [5]. Оказалось, что разрыв сухой соли соответствует началу интенсивного сдвигообразования и совпадает с началом течения влажной соли [93]. [c.38] Принимая во внимание, что пластические свойства соли от растворения не меняются, а наблюдаемое повышение прочности обязано предшествовавшей разрыву пластической деформации, можно заключить, что здесь мы имеем дело с обычным случаем упрочнения на разрыв, который встречается при растяжении пластичных металлических кристаллов. Мы полагаем, как это делал и раньше Иоффе, что действие воды сводится к устранению дефектов, вызывающих разрыв при напряжениях Р , которые, как показал опыт, являются какими-то нарушениями поверхности. [c.38] Однако прочность кристалла каменной соли определяется не только первичными, но и вторичными дефектами, возникаюш ими в процессе растяжения. Влияние вторичных дефектов видно из того, что для пол5П1ения значительного повышения прочности необходимо производить растворение в процессе растяжения. Это также следует из того факта, что после нагружения образца с растворенной поверхностью до напряжения, величина которого лежит между уровнями напряжений прочности в сухом и смоченном состояниях, последуюш ее испытание этого же образца с высушенной поверхностью показало его упрочнение до величины напряжений, полученных при предварительном нагружении. Если считать, что только первичные дефекты определяют прочность кристалла и что действие воды заключается в их растворении, в результате которого они исчезают, а их ослабляющее действие пропадает, то отмеченные выше факты остаются непонятными. Их можно понять, лишь сделав дополнительное предположение, что в процессе растяжения на поверхности кристалла непрерывно из-за наличия его пластического течения создаются искажения, способные привести к разрыву, и для того, чтобы устранить преждевременный разрыв, необходимо непрерывное устранение вновь образующихся искажений. [c.39] Каково происхождение этих дефектов (будем их называть в дальнейшем трещинами), которые возникают в процессе растяжения и ведут к разрыву Если трещины образуются в процессе деформации, то о их природе можно сделать два предположения 1) можно думать, что это локальные ультрамикроскопические трещины, имеющиеся на поверхности, либо рассеянные по всему объему и опасные только на поверхности, которые развиваются при увеличении растягивающих напряжений 2) согласно нашим представлениям, наоборот, опасными дефектами являются нарушения поверхности в местах ее сопряжения с зонами деформации и в момент выхода на нее зон деформации. Отсюда берут свое начало разрушающие кристаллы трещины по плоскостям спайности. [c.39] Изложенные здесь данные показывают, что эффект Иоффе обусловлен устранением растворителем не только первичных дефектов, имевшихся на поверхности кристалла до опыта, но и вредного действия вторичных дефектов, возникающих в кристалле в процессе растяжения за счет пластической деформации. Это существенно новый взгляд, отмечающий различие в действии растворителя на стекла и кристаллы в процессе их растяжения. Учет влияния вторичных дефектов позволяет понять все основные закономерности эффекта Иоффе, что не удавалось сделать при прежних попытках его объяснения. [c.41] Из формулы Гриффитса следует, что значение среднего напряжения в образце, при котором начинается рост трещин, зависит от величины поверхностной энергии а. Помещая образцы в различные среды, можно изменять поверхностную энергию и, следовательно, прочность. Это было подтверждено для случая аморфных тел. Прочность кварцевых нитей оказалась наибольшей в вакууме [19, 20]. При этом было показано влияние конденсированной влаги. Нами были проведены также опыты по разрыву кристаллов хлористого натрия в вакууме 10 мм и в атмосфере, насыщенной водяными парами. Перед опытом не проводились прогрев и обезгаживание кристалла. Целью исследования была проверка влияния лишь капиллярной адсорбции, действие которой на прочность было выявлено на кварцевых нитях [19, 20]. Оказалось, что прочность осталась неизменной. Так, среднее значение прочности на воздухе Плим , в вакууме — 400 Пмм . Последняя работа [99] подтвердила этот результат. Так как кристаллы были шлифованные и полированные, то несомненно на их поверхности было значительное количество дефектов и капилляров. Следовательно, отличие в результатах, полученных на кварцевых нитях, следует приписать различию в механизме действия первичных дефектов в аморфных телах и кристаллах. [c.41] Врлводы о причинах разрыва кристаллов, полученные на основании нзучения эффекта Иоффе, в одной части подтверждают наши представления (дефекты, возникающие из-за пластической деформации приводят к разрыву), в другой — противоречат им (влияние на прочность оказывают также первичные дефекты). Выяснению механизма действия первичных дефектов посвящена следующая глава. [c.41] Вернуться к основной статье