Прочность кристаллов реальных

Теорией дислокаций доказывается не только реальная прочность кристаллов, но и объясняется ряд механических и физических свойств металлов и сплавов например, зависимость деформации от напряжения старение хрупкость влияние ства изменение плотности, электроп внутреннее трение полиморфизм [c.17]

Сравнение реальной прочности кристаллов со значениями, полученными на основании теоретических расчетов, обнаруживает весьма существенные расхождения. Теоретический предел прочности в десятки и даже в сотни раз превосходит значения, получаемые при испытаниях реальных образцов. [c.92]

Опыт, однако, показывает, что реальная прочность кристаллов на сдвиг примерно на 3—4 порядка ниже этой величины, что свидетельствует о том что сдвиг в кристаллах происходит не путем жесткого смещения атомных плоскостей друг относительно друга, а осуществляется таким механизмом, при котором в каждый момент времени смещается лишь относительно. небольшое количество атомов. Это привело к развитию дислокационной теории пластического течения кристаллов. [c.49]

Таким образом, теория дислокаций устраняет противоречие между теоретическим и реальным значениями прочности кристаллов на сдвиг. [c.51]

Есть ли разница между теоретической и реальной прочностью кристаллов Теоретическая прочность идеального твердого тела, вычисленная с учетом структуры, величины межатомных взаимодействий и расстояний между атомами и молекулами, во много раз превышает реальную. Последняя составляет лишь проценты, а зачастую доли процента от теоретической прочности. В чем секрет такого несоответствия [c.42]

Гриффитс отмечает, что рост трещины в растянутой пластинке возможен без работы внешних сил лишь при увеличении поверхностной энергии тела, вызванном приращением площади поверхности трещины, компенсирующемся уменьшением объемной потенциальной энергии деформации. Исходным толчком для этой работы послужило, по-видимому, известное несоответствие теоретической и реальной прочности кристаллов. Это несоответствие Б определенных пределах объясняется по теории Гриффитса наличием исходных дефектов. Условие Гриффитса являлось дополнительным к уравнениям теории упругости условием , при помощи которого задачи теории упругости о концентрации напряжений для тел с разрезами (граница которых состоит из одних и тех же индивидуальных точек) можно формулировать как задачи теории трещин, т. е. разрезов, способных распространяться. Таким образом, переход от расчета тел с разрезами к расчету тел с трещинами осуществляется после введения некоторого дополнительного положения о механизме разрушения [49, 97]. [c.8]

Давно установлено несоответствие между реальной прочностью кристалла и теоретической, рассчитанной на основании оценки сил взаимодействия между атомами кристаллической решетки. Это несоответствие является следствием наличия в реальных кристаллах дефектов. Различают точечные, линейные, поверхностные и трехмерные дефекты кристаллов. [c.57]

Элементарный акт сдвига — это смещение одной части кристалла относительно другой на одно межатомное расстояние (рис. 5.3). В идеальном кристалле в скольжении должны одновременно участвовать все атомы, находяш иеся в плоскости сдвига. Для такого синхронного жесткого сдвига требуется, как показывают расчеты, критическое касательное напряжение Гкр = С/2тг 0,16G G — модуль упругости при сдвиге). Величину Ткр называют теоретической прочностью кристалла. В реальных кристаллах для сдвига на одно межатомное расстояние требуются напряжения около 10 G, что в 1000 раз меньше теоретического значения. Низкая прочность реальных кристаллов обусловлена их структурным несовершенством. [c.124]

Как указывалось в гл. IV, раздел 3, теоретическая прочность кристаллов во много раз превышает реальную. Это несоответствие можно понять, если учесть, что реальные кристаллы содержат микротрещины, радиус закругления которых соизмерим с межатомным расстоянием и развитие которых происходит по механизму Гриффитса [13] таким образом, что существует баланс между высвобождаемой потенциальной энергией и поверхностной энергией, необходимой для разрыва атомных связей у вершины трещины. Приняв для железа модуль Юнга равным 200 ГН/м , поверхностную энергию 2Дж/м и типичное разрушающее напряжение 1ГН/м (см. рис. 96), вычислим критический размер трещиноподобного дефекта [c.177]

Теоретическая прочность кристаллов на сдвиг. Другим примером существования дефектов кристаллической решетки служит различие между теоретической и реальной прочностью кристалла на сдвиг. [c.21]

Сравнение в рамках рассмотренной модели теоретической прочности кристаллов на сдвиг и реальной прочности (табл. 1.2) показывает, что реальная прочность кристаллов ориентировочно на 3 [c.23]

К аналогичной оценке можно прийти следующим образом. Расчеты и опыты с весьма совершенными кристаллами показывают, что предшествующая разрушению упругая деформация Етах твердых тел в наиболее благоприятных условиях может достигать по порядку величины десятой доли исходных размеров. Используя характерное значение модуля упругости Е = = 10 дин/см , находим а ВтахЕ 10" дин/см . Однако прочность Ов реальных твердых тел и материалов в десятки, сотни, а иногда — во много тысяч раз ниже вычисляемых таким образом значений. Приведенный расчет относится к одновременному разрыву всех (п, = 10 ) связей на 1 см сечения. В определенных исключительных случаях это действительно имеет место, например, для нитевидных кристаллов, когда строение образца безукоризненно совершенно и все межатомные связи работают в одинаковых условиях. В этих условиях прочность действительно может приближаться к указанной величине сгг — теоретической прочности идеального кристалла. [c.233]

Обзор существующих представлений о свойствах прочности кристаллов показывает, что они не выходят из рамок представлений Гриффитса. Трудность их применения к кристаллам обходится двумя путями в первом случае делается попытка доказать реальное существование таких огромных трещин в другом — предполагается, что действует не один большой дефект, а огромное число малых. Взаимодействие их приводит к тому, что их действие становится эквивалентным действию одного большого дефекта. [c.30]

Величину Тк также называют теоретической прочностью кристалла. В реальных кристаллах для сдвига требуется напряжение около 10" С, что в 1000 раз меньше теоретического значения. Подобное расхождение теоретического и экспериментального значений критических скалывающих напряжений связано с тем, что в реальных кристаллах всегда присутствуют дислокации, которые легко перемещаются, и их движение обусловливает скольжение при очень низких значениях прикладываемых нагрузок. [c.151]

Почему реальное критическое напряжение сдвига много меньше теоретической прочности кристалла [c.156]

Из формулы (2) следует, что реальная прочность кристаллов (металлов) зависит от сил межатомных связей (/) и числа атомов аЩ, одновременно участвующих в элементарных актах пластической деформации и разрушения. [c.43]

Зная силы взаимного притяжения атомов и их число в плоскости, можно подсчитать то усилие, которое потребовало бы осуществление подобного сдвига. Это усилие есть теоретическая прочность металла. Оказывается, теоретическая прочность в сотни и даже в тысячи раз больше, чем наблюдаемая в обычных условиях. Это значит, что реальная прочность кристалла во много раз меньше его теоретической прочности. Следовательно, в реальном кристалле процесс сдвига не является процессом одновременного перемещения всех атомов в плоскости скольжения. Для объяснения механизма сдвига была разработана теория дислокаций, [c.45]

Скольжение в кристаллах уменьшает структурные неоднородности. Устранение же неоднородностей частично восстанавливает реальную прочность кристаллов и повышает величину критического напряжения сдвига. [c.41]

Прочность кристаллов и сопротивление пластическому деформированию. Разрушение кристаллической решетки возможно в результате преодоления междуатомных сил, величина которых приближенно определяется по формуле (63.1). Разрушающее напряжение, подсчитанное в предположении о том, что решетка является геометрически совершенной, называется теоретической прочностью кристалла. Расчеты дают для теоретической прочности значения, во много раз превышающие фактически наблюдаемые. Низкая прочность реальных кристаллов объясняется тем, что они всегда имеют дефекты строения и разрушения начинаются со слабого места, при этом [c.141]

Таким образом, прочность реальных кристаллов много меньше, чем идеальных. В то же время реальные кристаллы гораздо прочнее, чем можно ожидать, если допустить свободное движение дислокаций в кристалле (см. рис. 31). Действительно, очень чистые кристаллы ломаются уже при очень малых напряжениях, так как в них имеется по крайней мере несколько дислокаций, которые ничем не закреплены. Обычные кристаллы гораздо прочнее, так как в них действуют особые механизмы упрочнения. Прочность кристаллов зависит от особенностей их тепловой обработки и их чистоты. Так, механическим препятствием на пути движения дислокаций, которое сопровождает пластическое течение и необратимую деформацию, могут служить частицы [c.86]

Реальные кристаллы отличаются от идеализированной модели наличием достаточно многочисленных нарушений регулярного расположения атомов. Любое отклонение от периодической структуры кристалла называют дефектом. Дефекты структуры оказывают существенное, порой определяющее, влияние на свойства твердых тел. Такими структурно-чувствительными, т. е. зависящими от дефектов структуры, свойствами являются электропроводность, фотопроводимость, люминесценция, прочность и пластичность, окраска кристаллов и т. д. Процессы диффузии, роста кристаллов, рекристаллизации и ряд других можно удовлетворительно объяснить исходя из предположения об их зависимости от дефектов. В [c.84]

Можно указать на несколько факторов, вызывающих появление подобных дефектов. К ним относятся в первую очередь кинетические факторы, связанные с тем, что кристалл не успевает стать идеальным в процессе кристаллизации и последующей обработки. Далее следует указать, что при не слишком низких температурах из-за конкуренции энергетического и энтропийного факторов присутствие в кристалле некоторого количества дефектных мест будет отвечать термодинамическому равновесию. Наконец, уже созданные идеальные кристаллы могут оказаться испорченными под влиянием факторов (механической обработки, действия радиации), нарушающих строгую периодичность расположения атомов. По этим причинам реальные кристаллы имеют дефекты, и физические свойства кристалла формируются под совместным действием строгой периодичности и отступлений от нее. Можно привести немало примеров, свидетельствующих о важности учета вклада дефектов в формирование свойств материалов. Так, без учета этого вклада оказалось невозможным построение теории прочности и пластичности материалов, поскольку эти характеристики определяются степенью сопротивления тела действию сил, смещающих разные части тела относительно друг друга. Под действием радиации (мощные световые потоки, пучки электронов, нейтронов, заряженных ядер и т. д.). отдельные атомы или группы атомов оказываются выбитыми из своих правильных положений, и поэтому структура и свойства облученных материалов необъяснимы без оценки роли дефектов и т. д. В связи с этим важной составной частью физики твердого [c.228]

Эксперименты по упрочнению кристаллов, а также многочисленные случаи преждевременного разрушения конструкций и сооружений при напряжениях, значительно меньших расчетных, показали недостаточность развитых представлений о прочности как о постоянной материала. Такое значительное различие между теоретической и реальной прочностью материалов на современном уровне объясняется а) значительными отклонениями от строгого, регулярного расположения атомов в кристаллической решетке материала, т. е. дефектностью структуры материала б) технологическими нарушениями сплошности материала — трещинами. [c.328]

Модуль упругости Е практически не зависит от химического состава и термической обработки стали. Приведенный здесь предел прочности установлен экспериментальным путем. Он во много раз (в 100 раз и более) меньше теоретических значений, подсчитанных исходя из сил межатомных связей. Это объясняется отклонением строения реальных кристаллов металла от идеального строения кристаллических решеток, т. е. несовершенством (дефектами) кристаллических решеток реальных металлов. Наибольшее влияние на снижение прочности металла оказывают [c.37]

Наиболее строгое обоснование причин расхождения реальной и теоретической прочности дает дислокационная теория скольжения, на основе которой показано, что локализованное скольжение при наличии дислокаций в кристаллической решетке может начаться при весьма небольших напряжениях. Таким образом, причиной низкой прочности реальных металлов является наличие в структуре материала дислокаций и других несовершенств кристаллического строения. Если резко снизить количество таких несовершенств и таким образом приблизить кристаллическое строение металла к совершенному, то его прочность должна быть близка к теоретической. Это положение нашло в последние годы непосредственное экспериментальное подтверждение. Нитевидные кристаллы (усы) показывают высокую прочность, приближающуюся к теоретической. [c.97]

Пересечение кристалла скользящей дислокацией приводит к сдвигу на величину вектора Бюргерса (рис. 1.5, а—в). Для перемещения дислокации в плоскости скольжения достаточно небольших напряжений (в металлах порядка 10 модуля сдвига). В силу этого сдвиговая прочность реальных кристаллов, содержащих дислокации, на несколько порядков ниже сдвиговой прочности идеальных кристаллов. [c.14]

Эффект увеличения прочности кристалла каменной соли, а также экспериментально наблюдаемые многочисленные случаи преждевременного разрушения конструкций и сооружений при напряжениях, меньших условного предела текучести Оо,2, явились 1 унмым показателем недостаточности развитых представлений о прочности как о постоянной материала. Поэтому при исследовании прочности, начиная с работ А. А. Гриффитса, Дж. И. Тейлора, Е. О. Орована, Дж. Р. Ирвипа и др., появилось повое иап-равление, в основе которого лежит детальное изучение самого процесса разрушения. Так как разрушение происходит в результате развития содержащихся в теле реальных дефектов, при оценке прочности нужен учет имеющихся в теле трещин и опре-делепие их влияния на прочность. [c.9]

В известных работах А. Ф. Иоффе с сотрудниками [64] была поставлена серия опытов по изучению прочности кристалло В каменной соли при различных состояниях поверхности образца. Было обнаружено, что прочность кристалла с растворенным в горячей воде поверхностным слоем во много раз превышает его техническую прочность, достигая в некото1рых случаях значения теоретической прочности. Основная идея этих работ состоит в доказательстве, что уменьшение реальной прочности по сравнению с теоретической происходит из-за поверхностных несовершенств [c.13]

Развитием науки о физике увердого тела доказано, что можно резко улучшить механические свойства металлов и создать сверхпрочные металлы, в десятки раз превосходящие по прочности существующие, путем создания бездефектного, т. е. бездислокационного, металла. Учеными получены такие идеальные кристаллы — нитевидные, называемые усами . Они имеют в поперечнике 2—4 л/сив длину 10—15 мк и обладают прочностью, близкой к прочности идеальных кристаллов. Так, например, получены кристаллы железа, которые имеют прочность в 50—60 раз больше реальных, а также кристаллы меди, имеющие прочность выше реальных в 15—16 раз. [c.13]

Как известно, большой практический интерес представляет изучение причин значительного расхождения между теоретической прочностью идеальных кристаллов и прочностью реальных тел. Различными методами расчета теоретической прочности кристаллов получены величины, превышающие техническую прочность в 100—1000 раз. Некоторые исследователи объясняют этот факт, во-первых, несовершенством метода расчета прочности, вытекающим из того, что современная теория идеального кристалла не учитывает таких факторов, как последовательность смещения атомов [121, 464], возможность местной потери устойчивости кристалли-ческой решетки [135, 426], изменения в пр ессеТ еформир о в ани я упругих постоянных [203, 464] и т. п., и, во-вторых, наличием в реальном кристалле особого рода дефектов кристаллической решетки — дислокаций, которые при деформировании превращаются в ультрамикроскопические нарушения сплошности. [c.63]

Так, расчет прочности на разрыв кристаллов каменной соли, выполненный вполне строго, приводит к значениям, близким к 400 кГ/мм-, тогда как практически прочность кристалла МаС1 не превышает 0,5 кГ/мм . Аналогичное положение имеет место и для металлов, прочность которых теоретически оценивается по порядку величины в 10 —10 кГ/мм , тогда как реальная прочность металлов не превосходит сотен кГ/мм . [c.6]

Так, Смекалом был выполнен ряд интересных исследований, посвященных главным образом изучению свойств прочности кристаллов галоидных солей щелочных металлов. Им и другими авторами было показано, что пластическая деформация ведет к разрыхлению решетки [23, 64], дана оценка перенапряжений на неоднородностях кристалла [65, 66], выяснено влияние примесей на свойства прочности галоидных солей [50—52], исследована температурная зависимость прочности [67, 68, 54], изучено влияние среды на прочность [54]. Смекал пытался также дать общие представления о причинах разрушения кристаллов, которые мы здесь кратко изложим. Он перенес на кристаллы целиком представления Гриффитса. Далее [22, 23] высказал предположение о том, что строение реальных криста.илов существенно отличается от идеальных. У реальных кристаллов имеются нарушения решетки, которые могут возникнуть по ряду причин в результате неправильности роста кристалла, наличия примесей и т. д. Существование в кристалле подобного рода нарушений может оказать заметное влияние на ряд его свойств и, в частности, на структурно-чувствительные свойства (например, на ионную проводимость, свойства прочности и т. д.). [c.28]

Теория неоовершенста была привлечена для объяснения не только реальной прочности кристаллов, но и ряда других механических и физических свойств особенностей зависимости деформации от напряжения старения приобретения некоторыми металлами при определенных температурах хрупкости резкого влияния ничтожных количеств примесей на механические свойства изменения плотности, электропроводности и магнитных свойств изменения рассеяния рентгеновых лучей явления внутрен-неого трения механизма аллотропных превращений и т, п. [c.364]

Теория дислокаций, объяснившая причину низкой прочности реальных металлов, достигла полного признания, -когда удалось получить бездислокациониые кристаллы, так называемые усы К [c.67]

Единственный реальный способ пспользовання нитевидных кристаллов — это создание композитных материалов, состоящих из усов, ориентированно уложенных в металлической (напрп.мер, алюминиевой) или пластмассовой матрице. Если усы имеют длину, достаточную для прочного сцепления с матрицей по боковой поверхности усов, то удается в значительной мере использовать их прочность. Прочность композитных материалов, содержащих по массе 40-50% усов, в направлении вдоль сов составляет лрн-.мерно 30% прочности усов. Так, композиция из сапфирных усов (Л),Оз) и металлического алюмивия имеет прочность па растяжение 500-600 кгс/.ммь [c.174]

Как было изложено ранее, в реальных условиях п ючность сплавов, состоящих из жаропрочных и тугоплавких металлов (Сг, Мо, W, Nb, V il др.) на основе никеля значительно ниже прочности чистых кристаллов. Наличие границ в металлической основе [c.417]

Существенное различие теоретической и фактической прочности металла привело к мысли о необходимости рассматривать не идеальный кристалл с правильным расположением атомов, а реальный, содержащий дефекты (см. гл. II). В 1934 г. независимо друг от друга Тэйлором, Орованом и Поляни впервые введено представление о сдвиге (скольжении) одной части кристалла относительно другой посредством движения дислокации. Введение этого понятия было революционным для физики прочности и пластичности. Наиболее интенсивно теория дислокаций развивалась в послевоенные годы и в настоящее время стала неотъемлемой частью физики твердого тела, физических основ прочности и пластичности. [c.21]

Сопротивление отрыву для железа, по данным различных авторов, теоретическое - 12000.. 100000 1 /[Па, реальное - 300 МПа. Теоретическая прочность соответствует идеальной бездефектной кристаллической решетке металла (рис. 19). При определенном количестве дефектов металл имеет минимальную прочность (точка 1).С уменьшением количества дефектов прочность возрастает. Прочность нитевидных бездислокационных кристаллов усов приближается к теоретической. Оки имеют почти идеальную поверхность без шероховатостей (не обнаруживается при увеличениях в десятки тысяч раз). Так, ус железа толщиной 1 мкм имеет- предел прочности порядка 1,35 МПа, т.е. почти теоретическуто прочность, однако пока длина уса не превыпгает 15 мм, и практическое применение их ограничено, например, армирование сапфировыми или графитовыми усами тугоплавких метал- [c.25]

Техническая (реальная) прочкость твердых тел. Прочность per альных кристаллов и твердых тел, используемых в технике, называется реальной или технической прочностью Ор. В качестве примера в табл. 1.2 приведена ар для меди, железа, стекла и каменной соли и отношение СТо < р- Из данных табл. 1.2 видно, что техническая прочность твердых тел на два и более порядков ниже их теоретической прочности. [c.54]

Роль электронов в металлах как фактора, определяющего их прочность и пластичность, подчеркивалась Я. И. Френкелем еще в ранних работах [1] на основе пористой электронной модели. Современные представления о реальной прочности металлов, учитывающие, с одной стороны, кооперативный характер процессов перемещения атомов при деформации, а с другой — локальный характер разрушения, не отрицают роли электронного фактора. Так, справедливо считается, что наблюдаемые различия прочностных характеристик кристаллов определяются их электронной структурой, а роль дефектов упаковки в механизме деформации и разрушения металлов и качественная связь энергии дефектов упаковки с характеристиками электронной структуры [2] общепринятые. Для дальнейшего развития этих представлений стала очевидной необходимость установления закономерностей взаимосвязи процессов деформации и разрушения с электронными свойствами самих дефектов, ответственных за прочностные свойства металлов [.3]. Со времени открытия явления взаимодействия позитронов с дефектами кристаллической решетки [4] стало понятным, что метод позитронной аннигиляции является уникальным для получения информации об электронной структуре дефектов [5]. В основе этой возможности лежит тот факт, что при наличии в кристал.те дефектов с концентрацией 10 все термализованные позитроны захватываются ими и аннигиляция с электронами в дефектах дает информацию об их электронной структуре. Если концентрация дефектов недостаточна, то в позитронную аннигиляцию будут вносить вклад как совершенные, так и дефектные области кристалла. Следовательно, использование метода электронно-позитронной аннигиляции для анализа структурного состояния в области дефектов, образующих- [c.139]

При образовании дефектов решетки в кристаллах металла нарушается межатомная связь, уменьшается одновременное участие атомов в сопротивлении деформации, понижается степень использования межатомной связи, что приводит к снижению прочностных свойств металла. Схематически эта зависимость показана на рис. 7. Чем больше дефектов решетки и чем глубже нарушено строение решетки, тем ниже прочность металла. В реальных поликристаллических металлах снижение прочности вызывают не только дислокации, граничащие с монокристалликами, т. е. блоками или областями когерентного рассеяния рентгеновских лучей, но и другие дефекты решетки, расположенные на границах зерен, субзерен, инородных включений и т. п. [c.39]

В современной технике применяется широкий ассортимент металлов и сплавов. Для создания конструкций, машин, аппаратов применяются в огромных количествах разнообразные сорта сталей, представляющих собой сплавы на основе железа. С целью повышения их свойств используется множество методов, выработанных многовековым опытом производства. Тем не менее, прочность реальных сталей, применяемых в промышленности, значительно ниже прочности нитевидных кристаллов железа. Основную массу углеродистой стали используют в качестве конструкционного материала с пределом прочности 35—75 кГ1мм . Предел прочности легированной стали обычно составляет 80— 120 кГ1мм , реже повышается до 120—180 кГ мм , и только в особых случаях, у сталей сложных составов, после специальной термической обработки повышается до 180—200 кГ1мм . [c.40]

Накопление дефектов одного типа (микроскопических) приводит к их слиянию и росту, образованию микротрещин и пор, которые еще более снижают прочность материала. В настоящее время уже имеются новые материалы в виде бездефектных нитевидных кристаллов ( усов ), обладающие прочностью, близкой к теоретической. Однако исходя из современного уровня развития машиностроения реальным на данном этапе представляется путь эффективного использования существующих материалов (металлов). За последние годы с появлением новых высокопрочных металлов и сплавов ужесточились условия эксплуатации машин, аппаратов и конструкций, что привело к переоценке конструктивных критериев. [c.6]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...