ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Деформационные свойства кристаллических тел из "Физические основы конструирования и технологии РЭА и ЭВА " Остаточная деформация возникает во всех случаях растяжения и сжатия пластичных кристаллов, если напряжения в них превышают предел текучести. Однако причиной появления этой деформации не могут служить ни растяжение, ни сжатие сами по себе. [c.37] Действительно, увеличение степени растяжения кристалла может привести к увеличению расстояния между атомными плоскостями. При достаточном удалении их друг от друга силы притяжения между ними могут оказаться неспособными уравновесить внешнюю нагрузку и кристалл хрупко разрушается, а не течет. Сжатие может вызвать лишь сближение атомных плоскостей, продолжающееся до тех пор, пока возникающие силы отталкивания между атомами не уравновесят внешнюю нагрузку. Деформация в этом случае является идеально упругой и не может привести к необратимым перемещениям частей решетки. [c.37] Способность кристалла к пластической деформации определяется прежде всего характером сил связи в нем. [c.38] Ковалентные связи, обладающие строгой направленностью, резко ослабляются уже при незначительных смещениях атомов друг относительно друга. При сдвиге эта связь разрушается раньше, чем атомы успевают установить ее с другими соседями. Поэтому кристаллы валентного типа (алмаз, кремний, германий и др.) являются хрупкими. [c.38] Металлическая связь, обусловленная взаимодействием положительных ионов с электронным газом, наоборот, не имеет направленного характера и меняется незначительно при сдвиге одной атомной плоскости относительно другой. Поэтому возможны весьма большие смещения (на тысячи атомных расстояний) одних частей решетки относительно других, что и определяет высокую пластичность кристаллов этого типа. [c.38] В кристалле существуют избранные плоскости 5 и направления, по которым протекает процесс скольжения. Совокупность их образует систему скольжения (рис. 1.29). Многочисленные исследования показали, что сдвиг в кристалле по данной системе скольжения происходит лишь тогда, когда напряжение сдвига т, действующее в этой системе, достигает критического значения т . Для металлических монокристаллов т = 10 —10 Н/м (доли кгс/мм ).. Так, для кристаллов Ag т s 6 10 Н/м (0,06 кгс/мм ), для кристаллов зслста т л 9 10 Н/м (0,09 кгс/мм ). [c.38] Упрочнение, отдых, рекристаллизация. Критическое скалывающее напряжение сильно зависит от степени предварительной деформации кристалла, увеличиваясь с ростом последней. Так, предварительная деформация монокристаллов магния на 350% приводит к увеличению т примерно в 25 раз. Еще более сильное упрочнение испытывают кристаллы кубической системы — алюминий, медь и др. Это явление получило название упрочнения или наклепа. Оно свидетельствует о том, что скольжение вдоль данной плоскости создает в ней необратимые искажения (несовершенства), которые затрудняют дальнейшее протекание процесса скольжения. В настоящее время считается, что такими несовершенствами являются дислокации, которые будут подробно рассмотрены в 1.11. [c.39] Возникновение необратимых искажений решетки. в процессе пластической деформации должно приводить к увеличению внутренней энергии кристалла, что подтверждается прямыми опытами. Обладая избыточной свободной энергией, такой кристалл становится термодинамически менее устойчивым по сравнению с недеформиро-ванным состоянием. Это приводит к возникновению и развитию в кристалле процессов, стремящихся приблизить его к равновесному состоянию. Такими процессами являются отдых и рекристаллизация. [c.39] Деформация поликристаллических тел. Подавляющее большин--ство реальных твердых тел представляют собой пол и кристаллические агрегаты, состоящие из огромного числа кристалликов, произвольно ориентированных друг относительно друга и прочно сросшихся между собой (рис. 1.30). Поведение каждого кристаллика, в отдельности ничем не отличается от поведения монокристалла. Однако наличие у каждого из них большого числа произвольно ориентированных соседей, а также наличие монокристаллических границ с искаженной решеткой вносят существенное изменение в характер поведения кристаллических зерен под нагрузкой. При случайном распределении ориентаций сросшихся зерен всегда найдется некоторое количество таких зерен, системы скольжения которых благоприятно ориентированы к направлению действия вне1 1-ней силы. Процесс скольжения в них мог бы начаться при относительно малой внешней нагрузке. Однако среди соседей, окружающих такие кристаллики, обязательно окажутся неблагоприятно ориентированные зерна, скольжение в которых может начаться лишь при больших нагрузках. Так как в однородных металлах все зерша данной области деформируются одновременно и самосогласован-но, то сопротивление деформации такой области может оказаться много выше, чем у отдельно взятых монокристаллических зерен. Более того, при наличии большого числа зерен, не способных течь (вследствие неблагоприятной ориентации), поликристалл может вести себя как хрупкое тело. [c.40] Пластическая деформация в поликристаллах затрудняется также наличием границ зерен, имеющих искаженную решетку и поэтому оказывающих высокое сопротивление сдвигу. Этим объясняется отчасти повышенное значение предела текучести у мелкозернистых образцов. [c.40] Как показывают измерения, модуль упругости каучуков Е л 10 —10 Н/м (единицы — десятки кгс/см ), что примерно на 4—5 порядков ниже, чем у обычных твердых тел, например у металлов, и приближается к величине модуля упругости газов при нормальных условиях ( гаа Ю Н/м ). [c.41] При упругой деформации твердых тел работа внешней силы расходуется на преодоление сил связи, возникающих между частицами при смещении их из положений равновесия, и переходит в потенциальную энергию упруго деформированного тела. Такую упругость называют энергетической. [c.41] При сжатии газы также проявляют упругость, но эта упругость обусловлена не изменением сил взаимодействия между молекулами газа (в идеальном газе они равны нулю), а их тепловым движением. Такую упругость называют кинетической. Аналогичной упругостью обладают и полимеры в высокоэластическом состоянии. [c.41] Возникновение кинетической упругости у полимеров можно представить себе следующим образом. В равновесном состоянии огромные молекулы полимера, обладая значительной гибкостью, оказываются свернутыми. Внешняя д ормирующая сила, стремясь вытянуть молекулы в направлении своего действия, изменяет степень их свернутости. Этому противодействует тепловое движение звеньев молекулы, которое стремится перевести их в первоначальное состояние свернутости. Подобное противодействие внешним силам и представляет собой кинетическую упругость. [c.41] С молекулярной точки зрения процесс релаксации напряжений в эластомере протекает следующим образом. При быстром растяжении образца и закреплении его концов молекулы полимера не успевают вытягиваться, а распрямляются лишь частично. Вместе с этим происходит небольшая деформация валентных углов и изменение межатомных расстояний. Такие изменения требуют значительно больших усилий, чем те, которые необходимы для раскручивания полимерных цепей. Поэтому напряжения, необходимые для расуя- жения образца, оказываются высокими соответственно высоким является и модуль упругости. После растяжения образца и закрепле. [c.42] Если образец освободить, то он начнет сокращаться. Этот процесс может протекать достаточно долго. Чем интенсивнее тепловое движение, тем быстрее этот процесс завершается. Поэтому скорость релаксации тем выше, чем выше Т и слабее межмолекулярное взаимодействие. [c.43] После снятия нагрузки в образце начинает протекать обратный процесс — скручивание молекул и возвращение образца в исходное состояние. [c.44] Из уравнений (1.35) и (1.36) видно, что поведение эластомеров существенно зависит от соотношения между временем релаксации т и временем деформации /. При длительно действующих нагрузках, когда / X, в эластомере в полной мере успевают протекать релаксационные процессы и он ведет себя как типичное высокоэластическое тело. При кратковременно действующих нагрузках (ударах, высокочастотных вибрациях и т. д.), при которых релаксационные процессы протекать не успевают, эластомеры, в частности резины могут вести себя как хрупкие тела, что необходимо учитывать при использовании их в РЭА. [c.44] Вязкотекучее состояние. До сих пор мы полагали, что при высокоэластической деформации не происходит вязкого течения полимера и поэтому вся деформация является обратимой. Однако в реальных условиях такая картина наблюдается редко и процесс высокоэластической деформации сопровождается обычно процессом вязкого течения. [c.44] После разгрузки образца в момент времени г г происходит обратный процесс — восстановление длины образца. При этом практически мгновенно снимается условно упругая деформация Ву, равная отрезку D, затем релаксирует высокоэластическая деформация бэл, равная отрезку DE. Оставшаяся после завершения процесса релаксации деформация Ет = EF преставляет собой необратимую деформацию течения. [c.45] Вернуться к основной статье