Трещины размер, влияние дисперсной фаз

Автор использовал основы механики разрушения для исследования влияния второй дисперсной фазы на прочность композитов с хрупкой матрицей при помощи трех факторов, определяющих прочность, а именно энергии разрушения, модуля упругости и размера трещины. Указанные факторы зависят от пяти параметров композитов, связанных с выбором фаз композитов и методом их изготовления 1) размера частиц дисперсной фазы 2) объемного содержания дисперсной фазы 3) степени связи по поверхностям раздела 4) отношения модулей упругости фаз и 5) различия в термическом расширении фаз. [c.55]

Из трех факторов, определяющих прочность, размер трещины больше всего зависит от дисперсной фазы. Вследствие различия в термоупругих свойствах отдельных фаз, их плохого сцепления и т. п. частицы и агломераты частиц могут служить источниками зарождения трещин и инициаторами разрушения. Теоретически и экспериментально показано, что размер трещин может быть доведен до минимума для получения высокой прочности, если в процессе изготовления композита выбирать дисперсию частиц малого размера. Таким образом, представляется возможным оптимизировать прочность композитов с дисперсными частицами, если определено влияние дисперсии на три фактора, определяющих прочность. [c.12]

Цель этой главы состоит в обсуждении известных данных по прочностным свойствам хрупких композитов с дисперсными частицами и в демонстрации возможных путей оптимизации их прочности. Для этого были использованы основные представления механики разрушения, связывающие прочность с тремя определяющими ее факторами, т. е. с энергией разрушения, модулем упругости и размером трещины. В следующих разделах сначала будет установ.ле-на зависимость действительной прочности материала от трех указанных факторов. Затем будет рассмотрено влияние дисперсии второй фазы на каждый из этих факторов. Из этого станет очевидной важность пяти параметров, зависящих от выбора двух фаз и технологии изготовления композитов. Наконец, будут рассмотрены и обсуждены прочностные свойства различных полимерных и керамических композитных систем в зависимости от трех определяющих факторов и пяти основных параметров композитов. [c.14]

К сожалению, дисперсия частиц большого размера приводит также к нежелательно большому размеру трещины. Таким образом, должен быть выбран соответствующий размер частицы для изготовления композита и получения его оптимальной прочности. Было показано, что в полимерных системах энергия разрушения достигает максимальных значений при некотором объемном содержании дисперсной фазы. Объемное содержание для получения оптимальной прочности можно выбрать при анализе влияния модуля упругости с учетом указанных максимальных значений энергии разрушения. [c.56]

Важное значение в упрочнении также имеет стабильность полученной дислокационной структуры (ее сохранение при последующей деформации). Стабильность дислокационной структуры при ТМО повышается в результате закрепления дислокаций атомами примесей и выделениями, которые при ТМО более дисперсны. Однако при достижении критической плотности дислокаций могут возникать хрупкие трещины. Трещины субмикроскопических размеров не оказывают существенного влияния на предел прочности. В то же время наличие локальных объемов металла с докритической или критической плотностью дислокаций должно оказывать существенное влияние на сопротивление распространению трещины. Это обусловлено следующими причинами. [c.32]

Уравнение разрушения Гриффитса не только устанавливает, что прочность тела связана с наличием трещины согласно анализу Инглиса, но показывает также, что реальная прочность материала зависит от размера трещины и двух характеристик материала. Таким образом, прочность материала определяется тремя факторами энергией разрушения у, модулем упругости Е и размером трещины с. Важное значение этого соотношения состоит в том, что представляется возможным проанализировать прочность материала в зависимости от этих определяющих прочность факторов. Для объяснения прочностных свойств композитов с дисперсными частицами необходимо исследовать влияние дисперсной фазы на каждый из указанных факторов. Прежде чем сделать это, обсудим две важные стороны концепции Гриффитса, так как они составляют основу этой главы. [c.17]

В заключение отметим, что размер частиц дисперсной фазы имеет, по-видимому, наибольшее влияние на изменение прочности трех указанных композитных систем. Хотя дисперсии частиц большего размера приводят к большим энергиям разрушения, они тацже представляЕОт собой более вероятные инициаторы трещин и образуют трещины большего размера. Так как увеличенная энергия разрушения и увеличенный размер трещины представляют собой конкурирующие факторы, определяющие прочность, должно быть принято компромиссное решение относительно размера частиц для получения оптимальной прочности композита при данном объемном содержании частиц. [c.48]

В основном наибольшее влияние дисперсной фазы состоит в увеличении размера трещины, который влияет на все пять параметров композитов, отмеченных выше. Это влияние обычно приводит к более низкой прочности по сравнению с прочностью матрицы без второй фазы. Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что размер трещины можно довести до минимума и тем самым получить оптимальную прочность композита при применении дисперсных частиц малого размера. Для этого требуется также незначительный разброс размеров частиц, а скопления частиц (агломераты) должны быть сведены до минимума посредством соответствующего метода введения дисперсной фазы. Как отмечено, модуль упругости композитов с дисперсными частицами зависит не только от упругих свойств двух фаз. Трещины, которые могут развиться в процессе охлаждения композита ниже температуры его изготовления, и псевдопоры, образованные под напряжением вследствие слабой связи по поверхностям раздела, приводят к более низким модулям упругости по сравнению с обычно вычисляемыми. Так как для получения оптимальной прочности необходим наибольший модуль упругости, наличие трещин может быть сведено до минимума, несмотря на большие остаточные термические напряжения путем изготовления композита с дисперсными частицами малого размера. Подобным образом можно избежать образования псевдопор при низком уровне приложенных напряжений путем обеспечения хорошей связи по поверхностям раздела между соединяемыми фазами. Следует отметить, что, хотя большие остаточные напряжения обычно нежелательны, они могут быть полезны в полимерных композитах для увеличения уровня приложенных напряжений, приводящих к образованию псевдопор, в тех случаях, когда невозможно получить хорошую связь по поверхностям раздела. [c.55]

Влияние трещин на модуль упругости было изучено в [6], путем изготовления ряда стекол, содержащих дисперсные частицы большого размера А12О3 или 2гЗЮ4. Различные стекла были выбраны с целью изменения разности термического расширения матрицы и дисперсной фазы. Как показано на рис. 11-, предсказанные более высокие модули упругости были получены только на тех композитах, у которых термическое расщирение дисперсных частиц было близко к термическому расширению стекла. Во всех [c.33]

Вторая система представляет собой композит SiзN4 — 31С [39], в котором могли возникать большие остаточные напряжения внутри и вокруг частиц 31С вследствие различия в термическом расширении двух фаз (а = 3,6-10" /°С и = 5-10" /°С) и высокой температуры изготовления (1750°С). Отношение модулей в этой системе было малым т = 1,35). Приведенные на рис. 16 данные по прочности показывают, что никакая из трех сёрий с различными размерами частиц не увеличивает прочности матрицы. Энергия разрушения этих композитов была обсуждена ранее (см. рис. 8). Для каждой из трех серий произведение уЕ существенно не изменялось при увеличении объемного содержания дисперсной фазы. В сравнении со значением для матрццы величина уЕ была несколько ниже для серии частиц 5 мкм, приблизительно равна для серии частиц 9 мкм и примерно на 50% больше для серии частиц 32 мкм. Из сравнения величин уЕ и прочности Ленг сделал вывод, что дисперсия частиц большого размера (серии частиц 32 мкм) существенно влияет на размер трещины, в то время как дисперсия частиц наименьшего размера не оказывает такого влияния. Дисперсия промежуточного размера (9 мкм) незначительно влияет на размер трещин. Как показано на рис. 12 и обсуждено ранее, вычисленный размер трещины также увеличивается с увеличением объемного содержания обеих дисперсий большего размера. Было [c.45]

При фиксированных значениях параметров, характеризующих дисперсность феррито-цементитной смеси, основное влияние на характер распространения трещин оказывают размеры колоний и субколоний перлита, определяющие длину прямолинейных участков развития трещины. Чем меньше размер колоний перлита, тем чаще трещины меняют направление своего развития, что приводит к росту затрат энергии на продвижение. Термопластическая обработка приводит к росту усталостной тре-щиностойкости стали. [c.188]

Хотя двойникование может происходить при низких температурах и высоких скоростях деформации, эксперименты, выполненные на нормализованной и отожженной низкоуглеродистой стали, показывают, что при Tqy инициированное скольжением разрушение сколом происходит даже в условиях ударного нагружения. Проведенный Ноттом [18] анализ экспериментальных данных [19] показал, что определяющее влияние на разрушение оказывает критическое напряжение скола в интервале изменения скоростей 10 . Оутс [20] определил непосредственные значения разрушающего напряжения сколом низкоуглеродистой стали в интервале скоростей, отличающихся на четыре порядка. Зарождение разрушения путем скольжения не происходит только в случае самых высоких скоростей деформации и наинизших температур. Для марганцевой стали с одинаковым размером зерна, но содержащей дисперсные зернограничные карбиды, общий уровень температур был существенно ниже, поскольку в образовании трещин скола при Tqy участвовали двойники. [c.204]

Уменьшением размера зерна в околошовной зоне путем ограничения погонной энергии сварки (не более 1000 кал/см [25]), а также предварительной наплавкой кромок свариваемой стали металлом того нее состава (в котором сернистые соединения распределяются, как известно, более равномерно и в дисперсном виде по сравнению с катаной сталью) можно уменьшить отрицательное влияние неметаллических включений на трещиноустойчивость металла околошовной зоны и шва. Кроме того, к режимам и технике аргонодуговой сварки, устраняющим или ослабляющим неблагоприятное расположение неметаллических включений в околошовной зоне у линии сплавления и предотвращающим образование надрывов, относится применение флюсов — паст, наносимых на свариваемые кромки и способствующих получению глубокого проплавления при низких погонных энергиях [26]. К ним относится также аргонодуговая сварка с поперечными колебаниями электрода, благодаря чему удается уменьшить перегрев металла в околошовной зоне, ослабить столбчатость структуры металла шва, уменьшить его химическую дендритную неоднородность и тем самым повысить стойкость против холодных трещин и пластичность [27]. Амплитуда и частота колебаний зависят от толщины свариваемой стали и режима сварки. При сварке металла толщиной 2—б мм амплитуда колебаний составляет 2—3,5 мм, а частота — 1—8 колебаний/с. Наилучшне результаты дает электроннолучевая сварка. [c.415]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...