Механика

1. Напряжение. Понятие об условных и истинных напряжениях. Нормальные и касательные напряжения. Механические свойства выражаются через величины напряжений. Напряжение в механике рассматривается как удельные характеристики сил, возникающих в теле под действием внешних нагрузок. Для определения величины напряжений в каком либо сечении часть тела отбрасывают и заменяют её действие напряжений. t-тангенциальное напряжение, приводит к пластической деформации, и разрушению срезом. S- нормальное напряжение , приводит к разрушению отрывом. Нормальные напряжения делят на сжимающее и растягивающее. Напряжение определённое в результате мех. испытаний бывает истинное и условное. Если при расчёте S рассматривается текущее значение площади поперечного сечения, то истинное напряжение(S, t).Если изменение площадь не учитывается, то напряжение условное (). 2. Тензор напряжений. Главное напряжение. Для решения практических задач надо знать напряжение в любом сечение тела, для этого используют понятие - тензор напряжений. Внутри объёма выделяют элементарный объём, бесконечно малый, рёбра параллельны произвольно выбранным системам координат. Три вектора напряжений разлагаются на нормальные и касательные. ; Величину напряжений определяют направлением осей в выбранной системе координат. При любом напряжённом состоянии, через любую точку тела могут быть проведены три взаимно перпендикулярные площадки, на которых касательные напряжения равны 0. Такие площадки называются главными, а действующие в них нормальные напряжения называются главными напряжениями. При проведение мех. испытаний направление гл. напряжений известны – координатные оси. Максимальные касательные напряжения действуют на площадках под углом 45 к гл.. напряжениям. 3. Шаровой тензор и девиатор напряжений. Инварианты тензора напряжений. Любое объёмное напряжённое состояние можно разделит на две составляющие, одна отвечает за изменение объёма, а другая за изменение формы. Изменение объёма без изменение формы достигнуто при всестороннем растяжение или сжатии – гидростатическое растяжение (сжатие), S1=S2=S3=Sn - шаровой тензор При более сложных напряжённых состояниях меняется и объём и форма. Изменение объёма определяется шаровым тензором, - гидростатическое напряжение или давление. Изменение формы – девиатор напряжений. = Пластическая деформация вызывается касательными напряжениями, а разрушение - нормальными. Инварианты тензора напряжений. - главное напряжение. Условие равновесие , I1=Sx+Sy+Sz , I2=-SxSy-SySz-SzSx+txy2+tyz2+txz2 , I3=SxSySz+2txytyztxz-Sx2 tyz-Sytxz2-Sztxy2. Корни S1 S2 S3 , т.к. плоскость сечения - главная плоскость, то величина напряжений определяется системой сил приложенных к отброшенной части куба. Коэф. не зависят от выбранной системы координат. I1 I2 I3 – линейный, квадратичный, кубический инварианты тензора напряжений. Когда координатные оси параллельны главным напряжения ,то: I1=S1+S2+S3 , I2=-S1S2-S2S3-S3S1 , I3=S1S2S3. 4. Деформации. Относительные удлинения и сдвиги. Главные деформации. Если изменение формы и размеров исчезает после снятия нагрузки, значит деформация упругая, если нет, то пластическая. Характеристики пластической деформации: - условное относительное удлинение, - абсолютное удлинение, - истинное относительное удлинение, всегда меньше условного, обладает свойством адитивности. - относительное условное сужение, - относительное истинное сужение. Удлинение и укорочение под действием нормальных напряжений, а сдвиговая деформация под действием касательных напряжений. Простой сдвиг. - величина относительного сдвига Сдвиг характеризуется изменением в результате деформации угла между направлениями, которые до деформации были перпендикулярны. Любая деформация представлена в виде комбинаций сдвигов и удлинений. , U,, W – смещение по осям. Чистый сдвиг Смещение точек на грани АО пропорционально расстоянию от т. О и такое же смещение на грани ОС. ; ; Тензор деформаций - .Здесь 6 независимых компонент. Можно найти 3 перпендикулярных направления, где сдвиги отсутствуют, есть только удлинение или укорочение – это главные направления. Если определенны главные направления, то напряжённое состояние описывается через главные деформации: e1>e2>e3. 5. Тензор деформаций. Шаровой тензор и девиатор деформаций. При объемном деформированном состоянии имеем удлинение по 3-м осям: U,, W – смещение по осям. Смещение точек на грани АО пропорционально расстоянию от т. О и такое же смещение на грани ОС. ; ; Тензор деформаций - . Здесь 6 независимых компонент. Можно найти 3 перпендикулярных направления, где сдвиги отсутствуют, есть только удлинение или укорочение – это главные направления. Если определенны главные направления, то напряжённое состояние описывается через главные деформации: e1>e2>e3. Максимальные сдвиги в направлениях под углом 45 к главным направлениям. ;g1+g2+g3=0 и сдвиги происходят, когда главные удлинения не равны. При гидростатическом растяжении или сжатии состояние описывается шаровым тензором: Шаровой тензор описывает изменение объёма, а девиатор изменение формы. , . Если не происходит изменение объёма, то e1+e2+e3=0. 6. Напряжённое и деформированное состоянии при мех. испытаниях различного вида Совокупность схем напряжённого и деформированного состояния называют напряжённо - деформированным состоянием. Линейные схемы Плоские Объёмные Влияние мех. схемы на пластическом теле тем заметнее, чем пластичней материл. Наилучшая схема деформации всесторонняя деформация. Схема напряжённого состояния влияет на мех. св-ва через соотношении сжимающих и растягивающих напряжений. Сжимающие напряжения более способствуют появлению пластичности, и чем их больше, тем мягче схема деформации., Трехосное растяжение, =0, одноосное растяжение =0,5, кручение =0,8 , одноосное сжатие =2 , трёхосное сжатие =4. 7. Методы изучения напряженного и деформированного состояния. 1) Метод делительных(координатных) сеток. На сечение образца наносят координатные сетки с известной длиной/шириной ячеек. Наносят напылением, царапаньем, травлением. Потом половинки собирают и деформируют. После того как их осадили, разделяют половинки и в сечении видно искажение координатной сетки. По искажению сетки можно судить о деформации. , , . 2) Тензометрия. Основана на измерении удельного электросопротивления тензодатчика, который представляет собой тонкую зигзагообразноуложенную проволку из материала с высоким уд. сопротивлением. Изменение электросопротивления тензодатчика пропорционально изменению его размеров при деформации. 3) Метод Муаровых полос. Основан на изучении искажений в закономерных системах линий фиксированных к.-л. способом на поверхности изучаемого образца. Используется Муаровый эффект, который возникает при геом. интерференции двух малоотличающихся систем линий, каждая из которых по отдельности неразличимы. Геом. интерференция систем полос, нанесенной на объект и искаженный при её деформировании с такой же системой полос в недеформированном состоянии дает новую муаровую картину, которую после расшифровывают. 4) Метод оптически чувствительных покрытий. Основан на использовании материалов с особыми оптико – механическими свойствами. Под действием напряжений они приобретают свойства разлагать лучи падающего на них поляризованного света на два луча, разность хода которых зависит от величины приложенного напряжения. 8. Классификация механических испытаний. Существует несколько признаков по которым классифицируют: 1) по способу нагружения: а) деформация образца с заданной скоростью и измерением сил сопротивления образца деформации, б) деформация постоянной нагрузкой с уменьшением возникающих деформаций. Способ а определяет характеристики прочности, пластичности мат., б– испытания на ползучесть, длительную прочность, замедленное разрушение. 2) по хар. изменения нагрузки во времени: а) статический, б) динамический, в) циклический. Статические исп. характеризуются плавным относительно медленным изменением нагрузки и малой скоростью деформации. Определяют усилия деформирования в любой момент испытания. К ним относят: одноосное растяжение/сжатие/кручение, изгиб, испытания образцов с трещиной. Динамические исп. хар-ся приложением к образцу нагрузок с резким изменением их величины и высокой скоростью деформирования. Динам. нагрузку создают ударом свободно падающей массы. Определяют величину полной или удельной работы деформации и величину остаточной деформации образца. Наиболее распространенная схема – изгиб. Циклические – испытания на усталость. Проводят при многократном приложении нагрузки к образцу, нагрузка может меняться по величине и значению. Это длительные испытания. Определяют число циклов до разрушения. Схемы – растяжение, сжатие или изгиб. Выделяют 2 группы испытаний: 1)Измерение твердости. Оценивают различные характеристики сопротивления материала при взаимодействии поверхности образца с внедренным в него телом – индетором. Статическое испытание. 2)Испытания на ползучесть и длит. прочность. Обычно проводят при повышенных Т. Образцы подвергаются значительному воздействию постоянных напряжений. Измеряют величину деформации в зависимости от времени или время до разрушения. 9. Условия подобия механических испытаний Большинство хар. мех. свойств не являются физ. постоянными материала. Они зависят от условий мех. испытаний. Поэтому все мех. испытания проводят в строго опред. условиях, которые оговариваются в ГОСТах и т.п. При испытании необходимо соблюдать три вида подобия: 1) геометрическое (форма, размер образца) 2) механическое (схема и скорость приложения нагрузки) 3) физическое (внешние физ. условия) Условия геом. подобия сводятся к тому, что испытываемые образцы должны иметь геом. подобную форму. Даже при выполнении геом. подобия следует учитывать масштабный фактор, т.е. влияние абсолютного размера образца на результаты испытаний. Влияние масштабного фактора связываются с увеличением вероятности существования дефектов, которые являются концентраторами напряжений, которые вызывают разрушение. Форма и размер образцов влияют на результаты испытания через схему напряженного состояния. Мех. подобие в общем виде заключается в том, что бы в сходных сечениях образцов возникали тождественное напряженное состояние и одинаковая относительная деформация. В случае когда скоростью деформ. можно пренебречь, условия мех. подобия сводятся к тому что приложенные внешние силы должны быть подобно напряжены и приложены в соответствующих точках образцов. Необходимость физ. подобия очевидна, однако его нельзя абсолютизировать. Так, например, в сравнении прочностных свойств разных сплавов при одной Т лишено физ. смысла. Сопоставление свойств разных материалов проводят при гомологической Т. Определенное значение имеет идентичность методики изготовления образцов, т.к. поверхностные дефекты существенно влияют на свойства материала. 10. Закон Гука. Модули упругости. Обобщенный закон Гука Связь м/у напряжением и деформацией в случае упругого поведения твердого тела описывается законом Гука, который определяет прямопрапорциональную зависимость м/у напряжением и упругой деформацией. Для растяжения S=Ee, Е-модуль нормальной упругости. Для сдвига t=Gg, G-модуль сдвиговой/касательной упругости. Всесторонне сжатие , K-модуль объемной упругости. Модуль упругости определяет жесткость материала, т.е. интенсивность увеличения напряжения по мере упругой деформации. Механизм упругой деформации заключается в смещении атомов из положения равновесия. Если к телу приложена сила вызывающая упругую деформацию, то расстояние между атомами изменяется и устанавливается новое положение равновесия, в котором изменившаяся сила межатомного взаимодействия компенсирует приложенную внешнюю силу. При снятии внешний нагрузки атомы возвращаются в исходное положение, а образец приобретает первоначальную форму и размер. Обобщенный закон Гука. При одноосном растяжении образца происходит не только увеличение его длины, но и уменьшение диаметра. Т.о. одноосное напряженное состояние приводит к возникновению трехосной деформации. Отношение изменения размеров в поперечном направлении к их изменению в продольном направлении называется коэф. Пуассона: , Закон Гука в общей форме устанавливает линейную зависимость между напряжениями и деформациями в любых направлениях, т.е. между каждым компонентом тензора напряжений и каждым компонентом тензора деформации. , , . , , . Между 4 константами упругости изотропного тела существует соотношение которое позволяет определить величину констант если известны 2 из них: 11. Методы определения упругих свойств. Экспериментальные методы делятся на статические и динамические. При использовании статических методов, модуль упр. определяется путем измерения упругой деформации, возникающей в образце при приложении нагрузки. Недостаток статистического метода: для получения точного результата необходимо получить значительную упругую деформацию, при этом есть риск выйти из упругой зоны. Динамический метод позволяет определить G при малых деформациях. Эти методы отличаются высокой точностью. Относительная ошибка не > 1%. К дин. методам относят: 1) Метод крутильного маятника. Модуль сдвига опред. при измерении частоты крутильных колебаний проволочного образца. Образец закрепляют верхним концом к нижнему прикрепляют подвес со скручивающим приспособлением, которое представляет собой равноплечевой рычаг с двумя грузами. Закручивают рычаг перед началом измерений на определенный угол, вызывают крутильные колебания образца, частота которых регистрируется при помощи оптической системы. Модуль сдвига определяют по: , L- длина образца, d – диаметр, I –момент инерции скручивающей систему, f –частота колебаний. Момент инерции может быть определен, если известны массы грузов и периоды колебаний системы, соответствующие двум различным расстояниям от грузов до центра образца. Размеры образца и параметры скручивающей системы подбираются так, чтобы частота колебаний составляла 1 Гц. 2) Импульсный метод В образце распространяют звуковые волны (λ< размеров образца), частота волны порядка нескольких МГц. Скорость распространения волны связана с модулем упругости , p- плотность вещества. 12. Факторы, влияющие на упругие свойства Ме. 1) Температура. G связан с величиной сил межатомного взаимодействия, которое зависит от расстояния между атомами в кристаллической решетке, исходя из этого упругие свойства зависят от Т. Уменьшение модуля нормальной упругости при увеличении Т на каждые 100 градусов составляет 2-4%. Относительное изменение G от относительного изменения Т для всех мат. подобны. В полиморфных Ме при переходе от одной модификации в др. G меняется скачком: 2) Наклеп В целом формирование дислокационной структуры слабо влияет на модуль упругости. Некоторое уменьшение G при наклепе связано с возникновением искажений решетки и не превышает 1%. Пластическая деформация может создавать кристаллографическую текстуру, которая нарушает изотропность мат. и может существенно повлиять на G. Изменения G, связанные с образованием/разрушением преимущественных ориентировок могут достигать 10%, причем в разных направлениях мат. их значение может различаться. В НК мат. в которых из-за большой плотности границ, большая доля атомов выведенные из положения равновесия, G отличается от обычных Ме. Зафиксировано увеличение на 5-10%, однако не во всех Ме. 3) Легирование. Легирование изменяет расстояния между атомами. E=kam, а- расстояние м/у атаомами, к- коэф., зависящий от лигирования, m- зависит от природы материала. Легирование может привести к тому, что в опред. температурном интервале в Ме возникает магнитные эффекты, которые влияют на G=f(T), т.к. в сплавах с переходными элементами наблюдаются аномальные температурное поведение G. Магнитные эффекты компенсируют изменение G с T. Это имеет место в сплавах системы Fe-Cr. В этих сплавах в определенный температурный интервал G=const. 13.Неполная упругость. Упругое последействие. Релаксация напряжений. Переход в новое состояние, соответствующее равновесию при изменившейся внеш. нагрузке происходит за нек-ый промежуток времени. Это запаздывающая реакция атомной системы может быть обусловлена разными процессами тепловой, магнитной и атомной перестройки под действием приложенных напряжений. При этом нарушается прямая зависимость напряжения и деформации. И при цикле нагрузка – разгрузка появляется петля гистерезиса. Происходит необратимое рассеяние энергии. Площадь петли гистерезиса – величина рассеянной энергии за 1 цикл: нагрузка – разгрузка, она является мерой внутреннего трения материала. Наличие внутреннего трения обуславливает ряд мех. Эффектов, которые объединяют термином – неполная упругость. К ним относят: прямое и обратное последействие, релаксацию напряжений, затухание свободных колебаний. Эти явления имеют место при напряжениях не  предела упругости. Упругое последействие. Предположим, что нагружаем образец постоянным напряжением в пределах упругого участка кривой напряжение – деформация. После разгрузки образец будет иметь те же размеры, что и до нагружения. Но если построить временную зависимость деформации, то она будет нелинейна. Образец деформируется чисто упруго на величину ОС. Затем удлиняется по закону близкому к параболическому –СК. После разгрузки происходит мгновенное снятие чисто упругой деформации КМОС. Затем относительно медленная остальной деформации до 0. Постепенное ↑ деформации при нагружении и постепенное снятие ее при разгрузке наз. Соответственно прямым и обратным упругим последействием. Релаксация напряжений. Если вести нагружение таким образом, чтобы мгновенно была зафиксирована упругая деформация , то напряжение скачкообразно ↑ до значения , а затем плавно ↓ до величины . Резкое ↓ деформации до 0 вызовет симметричное сначала скачкообразное, а затем плавное изменение напряжений. Постепенное изменение напряжений до значения соответствующего закону Гука называется релаксацией напряжений. В упруго – пластической области эффекты последействия и релаксации проявляются значительно сильнее. Неупругая часть деформации здесь может быть соизмерима с упругой. Обычно под релаксацией напряжений понимают именно процесс самопроизвольного снижения внешнего напряжения вследствие перехода упругой деформации в пластическую. Этот процесс наблюдается экспериментально при изменении нагрузки со временем при сохранении постоянной деформации. Нагружение до значительных напряжений в области макроупругих деформаций ведет к локальной микропластической деформации. Это вызвано неоднородностью структуры и появления пиковых напряжений, которые могут быть существенно выше номинальных. В результате в некоторой части объема локальные напряжения могут превышать предел упругости и здесь может начаться ПД, дающая остаточное удлинение в направлении приложенного напряжения..В начальный момент времени , в этот момент =0. Постепенно во времени ↑ и ↓ .При этом ↓ напряжения, связанные с упругой деформацией, т.е. происходит релаксация напряжений. Интенсивность релаксаций напряжений резко ↑ при ↑Т, т.к. возрастает скорость накопления ПД. 14. Неполная упругость. ЭффектБаушингера. Механический гистерезис. Переход в новое состояние, соответствующее равновесию при изменившейся внеш. нагрузке происходит за нек-ый промежуток времени. Это запаздывающая реакция атомной системы может быть обусловлена разными процессами тепловой, магнитной и атомной перестройки под действием приложенных напряжений. При этом нарушается прямая зависимость напряжения и деформации. И при цикле нагрузка – разгрузка появляется петля гистерезиса. Происходит необратимое рассеяние энергии. Площадь петли гистерезиса – величина рассеянной энергии за 1 цикл: нагрузка – разгрузка, она является мерой внутреннего трения материала. Наличие внутреннего трения обуславливает ряд мех. Эффектов, которые объединяют термином – неполная упругость. К ним относят: прямое и обратное последействие, релаксацию напряжений, затухание свободных колебаний. Эти явления имеют место при напряжениях не  предела упругости. Эффект Баушингера. Заключается в том, что при повторном нагружении пластически слабодеформированного образца в обрат. направлении, его сопротивление малым пласт. деф-циям уменьшается. 1- растяжение; 2 – повторное растяжение; 3 – сжатие. Допустим продеформировали образец на 1-2 % растяжением. Затем нагрузку сняли и подвергли образец сжатию. Кривая напряжения – деф-ция будет лежать ниже кривой растяжения. - деформация Байшингера. При повт. нагруж. сжатия деф-ция идет при меньших напряжениях, чем при повторном растяжении. Процесс, определяется эффектом Баушингера, состоит в обратном движении дислокаций, порожденных различ. источниками при первоначальном нагружении растяжением. На нач. стадиях деф-ции растущее число генерир. дислокаций движутся относ. легко. Возникающая дисл. структура стабильна и не меняется при разгрузке. При повторном нагружении растяжением сопротивление деформированию либо остается прежним, либо неск. ув. При изменении знака нагрузки дислокации вынуждены двигаться обратно по направлению к источнику. В рез. такого движения и возникает такая дополнительная деформации . После значит. предварительной деформации перераспределение дислокаций при обратном нагружении затрудняется и Башингеровская деформация приближается к =0. 15. Внутренние трение. Понятие. Характеристики. Метод определения. Внутр. трение характеризуют необратимые потери энергии внутри Ме. Линии диаграммы при нагрузке и разгрузке из-за явления неупругости не совпадают, а образуют петлю гистерезиса. Площадь петли характеризует энергию, рассеянную за 1 цикл нагружения. Для эксперим. определения величины внутр. трения использую динамич. методы с периодическим изменением нагрузки. Периодич. изменению нагрузки будет соответствовать периодич. изм-ние деформации. Из-за явления неупругости величина деформации будет отставать от на нек. угол . является одной из характеристик внутр. трения. За меру внутр. трения принимают: , - потеря энергии за 1 цикл; W – полная энергия деформации. Логарифмический декремент затухания амплитуды колебаний () , - внутренне трение. Из экспериментальных методов определения внутр. трения наиб. распространен метод крутильного маятника. Нижний конец образца закреплен неподвижно. К верхнему концу образца крепится опора, кот. поддерживается подвесом из материала с малым затуханием. Образец имеет цилиндрическую форму, d от 100 мкм до неск. мм. Образец закрутится на угол , ,d – размеры образца; G – модуль сдвига; - исходное макс. напряжение сдвига на поверхности образца. Колебания регистрируются с помощью оптич. системы по положению светового датчика на шкале. В ходе эксперимента определяют нач. амплитуду и амплитуду N-го колебания , а также время необходимое для такого ум. амплитуды. По результатам замеров определяют логарифмический декримент затухания: 16. Разрушение. Виды разрушений. Разрушение – процесс разделения тела на части под действием приложенных напряжений. Процесс разрушения начинается с образования трещин СМК-размеров и заканчивается макроскопическим разделением образца на отдельные части. Разрушение сильно зависит от схемы напряж. состояния. Если к телу приложены всесторонние сжим. напряжения, разрушение произойти не может. Разрушение идет под действием растяг. переменных напряжений, или касат. напряжений. Под действием норм. напряжений разрушение идет путем отрыва частей. Под действием касат. напр. разрушение идет путем среза. Эти виды разрушений реализуются только тогда, когда схема напр. состояния не меняется в процессе нагружения до самого разрушения. Считается, что отрыв может произойти без предварительной макропластической деф-ции. А разрушению путем среза всегда предшествует макроскопич. деф-ция. По-этому отрыв и срез относят соот-но к хрупкому и вязкому разрушению. Внешне хрупкий и вязкий разрушения отличны величиной пласт. деф-ции до разрушения. Перед хрупким разрушением она намного меньше. Независимо от вида разрушения различают 2 стадии: 1) Зарождение зародышевой трещины. 2) Распространение трещины. По механизму зарожд. трещин вязкое и хрупкое разрушение практически не отличаются. Различие между ними связано со скоростью распространения трещины. При хруп. разрушении скорость распространения трещины велика. Она составляет скорости распространения звука в материале. В случае вязкого разрушения трещина распространяется с относительно небольшой скоростью, соизмеримой со скоростью деформации образца. В поликристаллических материалах трещина может распространяться вдоль границы или по телу зерна. Различают межзеренные (интеркристаллитные) разрушения и внутризеренные (транскристаллитные) разрушения. При низк. Т межзеренные разрушения обычно наблюдаются в хрупких материалах и и обусловлено наличием на поверхности границ частиц хрупких фаз или сегрегации примесей. Межзеренное разрушение может происходить и при повышенных Т в условиях развитой межзеренной деф-ции. 17. Механизмы зарождения трещин. 1) Механизм Стро. Наиб. часто трещины возникают у вершин, в скопл. дисл-ций, вблизи каких-либо барьеров. Дислокации распространяются от источника, образуют перед препятствием дисл. скопления. Под действием подходящих дислокаций головные дислокации могут сливаться, приводя к слиянию их экстрапроскости и образованию под плоскостью скольжения зародышей микротрещины. Этот механизм прямо предполагает необходимость нек. пласт. деформации, достат. для образования дисл. скоплений. Трещина образуется под действием растяг. напряжений в рез. концентрации касат. напряжений в головной части скопления. 2) Возникновение трещин в рез. переползания малоугловой границы при пластической деформации. Величина касат. напряжений в плоскости скольжения может оказаться настолько большой, что произойдет разрыв дислокационной стенки. В конце дисл. стенки разойдутся, а скачкообразно возникнувшая при этом растягивающая деф-ция может привести к образованию трещин. 3) Зарождение трещин может происходить в месте встречи двойника деф-ции с каким-либо препятствием (ГЗ, др. двойник). Двойники распространяются с большой скоростью и возникшие при столкновением с препятствиями напряжения не успевают релаксироваться. 4) В условиях развитой межзеренной деф-ции трещины могут появляться на границах перемещающихся друг относительно друга зерен. На стенке 3-х зерен межзеренные смещения будут происходить вдоль границ между зернами АС и ВС, где действуют достаточно большие касат напряжения. В результате трещина зарождается вблизи 3-го стыка и распространяется вдоль границ АС,ВС. 18. Вязкое разрушение Это наименее опасный вид разрушения. Наиболее характерным примером является образование так называемого чашечного излома шейки растягиваемого образца. Шейка образуется после некоторого равномерного удлинения образца, и является следствием локализации деформации в ограниченном объеме. В шейке напряженное состояние усложняется и, в этих условиях, становится трехосным. Происходит зарождение и развитие вязких трещин. На начальной стадии вязкого разрушения типичным является наличие многих мелких трещин (хорд), которые концентрируются в основном в центральной части сечения шейки. По мере роста деформации мелкие поры сливаются с образованием более крупных пор. В конце концов, в центре шейки образуется сплошная трещина, плоскость которой перпендикулярна внешнему растягивающему усилию. Т. о. образование центральной трещины происходи путем отрыва. По достижении этой трещины периферийных слоев шейки, скорость распространения трещины резко возрастает, меняется направление ее развития. Дальнейшее разрушение идет путем среза под действием касательных напряжений под углом 45о к оси образца. Т.о. центральная трещина образует дно, а периферия — конусные стенки чашки излома. Возможно образование излома в другой форме. Форма излома определяется геометрией образца, характером деформации и пластичностью. При растяжении цилиндрического образца из материала с высокой пластичностью относительное сужение близко к 100%, и шейка превращается в точку. Особенности вязкого разрушения: 1) медленный рост трещины; 2) высокая энергоемкость. 19. Хрупкое разрушение Этот вид разрушения более опасен, чем вязкое разрушение. Протекает очень быстро и под действием относительно низких действующих напряжений. Металлы и сплавы идеально хрупко, т. е. без предшествующей пластической деформации, не разрушаются. Хрупкая трещина возникает также в результате действия пластической деформации. При внутризеренном разрушении хрупкая трещина распространяется по кристаллографическим плоскостям с наименьшими индексами. Обычно хрупкое разрушение происходит путем быстрого распространения единственной трещины. Критерий Грифитса для хрупкого разрушения Для количественного анализа идеально хрупкого разрушения упругого тела при полном отсутствии пластической деформации используется критерий Грифитса: , где σ — наименьшее растягивающее напряжение, необходимое для распространения трещины как хрупкой; Е — модуль Юнга; γ — удельная поверхностная энергия стенок трещины β — эмпирический коэффициент; с — половина длины трещины. Трещина распространяется, если увеличение поверхностной энергии меньше энергии деформации, освободившейся в результате роста трещины. При росте трещины процесс роста трещины самоускоряется, т. е. требует меньших напряжений. Грифитс исходил из предположений, что в любом теле всегда субмикродефекты, у которых концентрируются напряжения, которые постепенно достигают значений, достаточных для распространения трещины. 20. Хрупко-вязкий переход. Склонность к хрупкому разрушению сильно зависит от температуры, чем меньше температура, тем больше вероятность хрупкого разрушения. Для многих материалов зависимости от температуры испытания имеет место переход от вязкого разрушения к хрупкому. При низких температурах пластичность мала, в интервале (Т1, Т2) наблюдается резкий рост пластичности. Этот интервал называется температурным интервалом ХВП. Для характеристики ХВП используют также температуру взятую посередине этого интервала, кот называется ТХВП. ТХВП не является постоянной материала. Она сильно зависит от структуры и от условий испытания. Чем жестче схема испытания и больше скорость деформации, тем выше ТХВП. У пластичных материалов при мягких схемах испытаниях переход в хрупкое состояние может не наблюдаться. Наиболее важным является хрупкое разрушение в тех случаях, когда оно происходит при достаточно высоких температурах Т>ТКОМН. Металлы и сплавы ТХВП которых выше ТКОМН называют хладноломкими. Охрупчивание не всегда является результатом понижения температуры. В некоторых случаях оно наблюдается при повышении температуры. Причины могут быть старение, упорядочение и др. структурные эффекты. 21. Испытание на одноосное растяжение. Истинная и условная диаграммы деформации. Основным типом образцов при испытаниях на растяжение являются цилиндрические и плоские. Первичным испытанием на одноосное растяжение является диаграмма в координатах нагрузка - удлинение. Для поликристаллических материалов при испытаниях на одноосное растяжение может получиться одна из трех типов диаграмм: Характерен для материалов разрушающихся хрупко без заметной пластической деформации. Характерен для материалов равномерно деформирующихся вплоть до самого разрушения. Характерен для материалов которые разрушаются после образования шейки на образцах в результате сосредоточенной деформации. Истинная диаграмма нагружения. . 22. Испытание на одноосное растяжение. Характеристики прочности, определяемые при испытании на растяжении. Основным типом образцов при испытаниях на растяжение являются цилиндрические и плоские. Первичным испытанием на одноосное растяжение является диаграмма в координатах нагрузка удлинение. 1.Предел пропорциональности. При приложении нагрузки в упругой области в некоторых зернах начинается скольжение. Однако из-за небольшой доли зерен охваченных пластической деформацией отклонение от упругого поведения не наблюдается до определенной величины напряжения. . 2.Предел упругости. Это напряжение при котором остаточное удлинение образца достигает заданной величины, обычно 0,05. . 3.Предел текучести. 4.Предел прочности. Определяется по максимальной точке. До точки “в” рабочая часть образца сохраняет цилиндрическую форму. Сечение по длине рабочей части одинаково во всех точках. Удлинение по всей рабочей части равномерно. В точки “в” происходит нарушение макрооднородной пластической деформации. В какой-то части образца, обычно вблизи концентратора напряжений начинается локализация деформации. Этой локализации соответствует местное сужение образца и образуется шейка. Для материалов разрушающихся с образованием шейки величина это условное напряжение характеризующее сопротивление максимальной равномерной деформации. . 5.Истинное сопротивление разрыву. величина является условной в смысле после потери однородности схема напряженного состояния в шейки меняется, становится объемной. Связь между истинным сопротивлением разрыву и , 23.Испытание на одноосное растяжение. Характеристики пластичности, определяемые при растяжении. Основным типом образцов при испытаниях на растяжение являются цилиндрические и плоские. Первичным испытанием на одноосное растяжение является диаграмма в координатах нагрузка - удлинение. Для поликристаллических материалов при испытаниях на одноосное растяжение может получиться одна из трех типов диаграмм: Характерен для материалов разрушающихся хрупко без заметной пластической деформации. Характерен для материалов равномерно деформирующихся вплоть до самого разрушения. Характерен для материалов которые разрушаются после образования шейки на образцах в результате сосредоточенной деформации. Истинная диаграмма нагружения. . Основным типом образцов при испытаниях на растяжение являются цилиндрические и плоские. Первичным испытанием на одноосное растяжение является диаграмма в координатах нагрузка - удлинение. Относительное удлинение. Относительное сужение. 24.Статические испытания. Испытания на растяжение образцов с надрезом. Назначение. Особенности. Определяемые характеристики. В реальных условиях многие пластические материалы разрушаются хрупко из-за наличия концентратора напряжений. В качестве концентратора напряжения могут быть механические надрезы, поверхностные и внутренние трещины, резкие перепады сечения. В результате конструкторская прочность материала может оказаться существенно ниже, чем прочность определяемая при обычных статических испытаниях. Для определения чувствительности концентраторов напряжений используют специальные методы. Для образцов круглого сечения применяется кольцевой надрез. На прямоугольный образец наносят симметрично по 2 широким сторонам сечения. Надрез изменяет напряженное состояние в образце, что снижает коэффициент мягкости схемы и является причиной преждевременного разрушения. По отношению исходного предела прочности к пределу прочности с надрезом . Испытание образцов с надрезом характеризуется худшей воспроизводимостью, чем гладких образцов. Поэтому для испытаний требуется больше образцов. 25. Динамические испытания. Испытания на ударную вязкость. Динамические испытания применяются для оценки способности материалов переносить ударные нагрузки и для выявления их склонности к хрупкому разрушению. Наиболее широко применяются ударные испытания на изгиб образцов с надрезом. Используются также методы динамического растяжения, сжатия или кручения. Скорость деформации при динамических испытаниях на несколько порядков выше, чем при статических. Резкое увеличение скорости приложения нагрузки приводит к определенным особенностям картины пластической деформации деформационного упрочнения и разрушения. В условиях динамического нагружения на дислокации почти мгновенно начинают действовать высокие напряжения. В результате чего скорость движения дислокаций увеличивается. Это приводит к увеличению сил трения решетки препятствующих скольжению дислокаций соответственно вызывает прирост критического напряжения сдвига и дополнительное упрочнение металла. Высокий уровень напряжений способствует одновременному действию большого числа источников дислокаций. Повышение скорости деформации способствует развитие двойникования. Увеличение плотности дислокаций, числа систем скольжения и двойников при динамическом нагружении приводит к уменьшению длины свободного пробега дислокаций и увеличение концентрации точечных дефектов. Если сравнить кривые деформации упрочнения для одного материала полученных при динамических и статических испытаниях, то с увеличением скорости деформации статическая динамическая отмечается повышение уровня напряжений и степени деформационного упрочнения на начальных стадиях. т.о. при динамических испытаниях характеристики прочности особенно сопротивления малым пластическим деформациям повышается по сравнению со статическими. Пластическая неоднозначность зависит от скорости деформации. В большинстве случаях при ударных испытаниях характеристики пластичности ниже, чем при статических испытаниях. Характер изменения пластичности зависит от типа разрушения (срез, отрыв). Если при заданной схеме нагружения и температуре материал разрушается путем отрыва, то сопротивление разрушению мало меняется статическая динамическая в этом случае пластичность с увеличением скорости уменьшается. Если разрушение происходит путем среза, то сопротивление разрушению возрастает с увеличением скорости. Пластичность может не меняться или расти. Закон подобия при динамических испытаниях не действует. 26. Работа разрушения. Испытания на определение работы распространения трещины. Величина работы деформации и разрушения определяется разностью пот-х энергий маятника в начальный и конечный момент, т.е. на угол момент испытаний , где Р- вес маятника, Н- высота подъема, h- высота взлета Н=L(1-cos);h=L(1-cos); . По величине работы деформации и разрушения находят ударную вязкость KCU=; KCU KCV KCT Полная работа деформации и разрушения затрачивается на зарождение трещины и ее распределение. Склонность к хрупкому разрушению характеризуется в основном работой распространения трещин. Для определения этой хар-ки испытывают образцы с заранее нанесенной трещиной. 27. Статические испытания. Определение вязкости разрушения. Статические испытания характ-ся плавным, относительно медленным изменением нагрузки и малой скоростью деформации. При испытаниях определяют усилия деф-я в любой момент времени. К таким испытаниям относятся: одноосное растяжение, сжатие, кручение, изгиб, испытание образцов с трещиной. Вязкость разрушения характеризует сопротивление материала распространению трещин. В статических условиях под действием приложенного напряжения трещины распространяются постепенно и достаточно медленно, до тех пор пока не возникает критическое состояние, кот-му соответствует начало хрупкого разрушения. Сопротивление распределению трещины хар-ся константой , где К- коэффициент интенсивности напр-й - характеризует локальное повышение растягивающего напр-я у переднего края трещины;-номинальное растягивающее напр-е; -длинна трещины;Y-коэф-т, завис-й от геометрии образца и трещины. Коэф-т интенсивности напряжений обычно оценивают в условиях плоского деф-го состояния, когда разрушение происходит путем отрыва, перпендикулярно плоскости трещины. В этом случае коэф-т интенсивности напр-й обозначается и наз. вязкостью разрушения при плоской деформации. Преимущество : учитывает длину трещины, испытание на вязкость разрушения в основном проводят по схемам 3-х опорного изгиба или внецентр-го растяжения. Используют образцы с прямоугольным сечением и односторонним надрезом. Кроме надреза до начала исп-я должна быть наведена усталостная трещина. Она инициируется надрезом и разв-ся от его вершины вглубь образца. Соотношение размеров образца, надреза и трещины в испытаниях на определение вязкости разрушения имеют особое значение, т.к. они должны обеспечить условия плоской деформации у вершины трещины и упруго напр-е сост-е вдали от нее. Основное требование к размерам образца сводится к тому, чтобы суммарная глубина надреза с трещиной и толщина сечения были больше или равно , следовательно, образцы из разных материалов и в разных условиях испытаний будут иметь разные размеры. Испытания проводят на любых машинах для стат. испытаний с записью диаграммы нагрузка-смещение. Под смещением понимают изм-е расст-я м/у точками, расположенные по разные стороны трещины за счет ее раскрытия. Типичный вид кривых кот-е получаются при этих испытаниях. Из графика V- это смещениеДля опр-я необходимо определить нагрузку, кот-я обозначается , при кот-й начинается самопроизвольное распределение трещины. Для диаграммы типа 2 и 3, для такой нагрузки берут максимальную нагрузку. Если металл пластичен и диаграмма плавная, то используют следующую методику: из начала коорд. проводят луч ОХ, угол наклона которого к оси смещения на х процентов меньше начального участка ОА. Обычно х=5%. Точка соотв-ет точке пересечения луча ОХ с диаграммой принимается равным , затем подсчитывают коэф-т , где а, b- размеры образца;Y- опред-ся по таблице. Если ,то считают что необх-е усл-я обеспечены и =. Вязкость разр-я зависит от температуры, поэтому исп-е на вязкость разр-я используют для опред-я температуры хрупковязкого перехода. 28. Понятие о вязкости разрушения. Влияние структурных факторов на вязкость разрушения. Вязкость разрушения характеризует сопротивление материала распространению трещин. В статических условиях под действием приложенного напряжения трещины распространяется постепенно и достаточно медленно, до тех пор пока не возникает критическое состояние, кот-му соот-ет начало ХР. Сопротивление распределению трещины хар-ся константой , где К- коэффициент интенсивности напр-й- хар-ет локальное повышение растягивающегого напр-я у переднего края трещины;-номинальное растяг-е напр-е;-длинна трещины;Y-коэф-т завис-й от геометрии образца и трещины. Коэф-т интенсивности напряжений обычно оценивают в условиях плоского деф-го состояния, когда разр-е происходит путем отрыва, перпендикулярно плоскости трещины. В этом случае коэф-т интенсивности напр-й обозначается и наз. вязкостью разрушения при плоской деформации. Преимущество : учитывает длину трещины, испытание на вязкость разрушения в основном проводят по схемам 3-х опорного изгиба или внецентр-го растяжения. Используют образцы с прямоугольным сечением и односторонним надрезом. Кроме надреза до начала исп-я должна быть наведена усталостная трещина. Она инициируется надрезом и разв-ся от его вершины вглубь образца. Соотношение размеров образца, надреза и трещины в испытаниях на опр-е вязкости разр-я имеют особое значение, т.к. они должны обеспечить условия плоской деформации у вершины трещины и упруго напр-е сост-е вдали от нее. Основное требование к размерам образца сводится к тому, чтобы суммарная глубина надреза с трещиной и толщина сечения были больше или равно , следовательно, образцы из разных материалов и в разных условиях испытаний будут иметь разные размеры. Испытания проводят на любых машинах для стат. испытаний с записью диаграммы нагрузка-смещение. Под смещением понимают изм-е расст-я м/у точками, расположенные по разные стороны трещины за счет ее раскрытия. Типичный вид кривых, кот-е получаются при этих испытаниях. Из графика V- это смещение( ну еще напиши в ответе это идиот). Для опр-я необходимо определить нагрузку, кот-я обозначается , при кот-й начинается самопроизвольное распределение трещины. Для диаграммы типа 2 и 3, для такой нагрузки берут максимальную нагрузку. Если металл пластичен и диаграмма плавная то используют следующую методику: из начала коорд. Проводят луч ОХ, угол наклона которого к оси смещения на х процентов меньше начального участка ОА. Обычно х=5%. Точка соотв-ет точке пересечения луча ОХ с диаграммой принимается равным , затем подсчитывают коэф-т , где а, b- размеры образца;Y- опред-ся по таблице. Если то считают что необх-е усл-я обеспечены и соот-но равно . Вязкость разр-я зависит от температуры, поэтому исп-е на вязкость разр-я используют для опред-я Тхвп. Влияние стр-х факт-в на вязкость разруш-я. Между вязкостью разрушения и пределом текучести существует обратная связь. Иногда может наблюдаться и другая зав-ть из-за влияния различных легирующих элементов и стр-х факторов. 1. Легирование. В целом легирование слабо влияет на вязкость разрушения. Знач-е влияние может наблюдаться, если введены примеси внедрения, которые вызывают охрупчивание. 2. Избыточная фаза. Обычно ведут к ↓ вязкости разрушения, но могут быть исключения, например: силумины в которых появление избыточных фаз приводит одновременно к ↑ вязкости разрушения и прочности. 3. Дислокационная структура. Влияние дислок. структуры зависит от того, насколько дислокации упрочняют материал, какой тип дислок. структуры формируется. Если при ↑плотности дислокаций сохраняется деф. спос-ть мат-ла, то вязкость разрушения существенно не меняется. Если на дислокациях обр-ся атмосферы примесей, вязкость разрушения будет ↓, обр-е полигон-й стр-ры приводит к ↑ вязкости. 4. Размер зерна обычно чем ↓, тем ↑ вязкость разрушения. Но если зерно очень мелкое, то материал становится хрупким. 5. Металографическая и крист-я текстура. Если наблюдается текстура, то вязкость разрушения в разных напр-х может сильно различаться. Max вязкость наблюдается тогда, когда при своем развитии трещина вынуждена пересекать строчки выделения фаз или ГЗ. Трещина распространяется по плоскостям с min индексами, откуда =>,что крист-я текстура будет оказывать влияние на вязкость разрушения. 29. Длительные испытания. Определение предела ползучести. Предел длительной прочности. Для определения предела длительной прочности используют те же схемы, что и при определении предела ползучести. Для определения предела длительной прочности необходимо испытать не менее 6 образцов при разных напряжениях. Результатом испытаний является значение времени до разрушения при заданном напряжении. Связь между временем до разрушения и напряжение апроксим-ся выражением , где А и n- коэф. В логарифмических координатах эта зависимость прямолинейна и дает возможность экстраполировать результаты на более длительное время. Определив время до разрушения образцов, находящихсяся под напряжениями заведомо большими предполагаемого предела длит-й прочности, строят по эксперим-м точкам прямую и после ее экстраполяции до заданного времени находят величину ее прочности. По стандарту рекомендуемый допуск по времени составляет от 50 до 10000 часов. Определяется это время требованиями к материалу. Часто эта зависимость хар-ся точкой перелома, эта точка соотв-ет переходу внутрикрист-го или смешанного разрушения полностью межкрист-му разрушению при низких напряжениях. В таких случаях экстраполяцию можно проводить только тогда, если надежно установлен наклон кривой в обеих частях. Методы определения характеристик жаропр-ти. Для оценки жаропр-ти обычно опр-ют 2 хар-ки: предел длительной прочности и предел ползучести. Предел ползучести - это наиболее условное растягивающие напр-е, при котором скорость или деформация ползучести за определенное время при заданной температуре достигает определенной заданной величины , где 700- это температура, 0,2% деформации, 100- время, т.е. это напр-е, кот-е при заданных температуре и времени достигает такой деформации. Испытания проводят на цикл-х образцах диаметром от 5-10 мм. Длинною от (5-10). Головки образцов резьбовые, напр-е поддер-ся постоянно с исп-ем спей-х устр-в, кот-е автоматически ↓ нагрузку по мере удлинения образца. Отклонение от заданной температуры при испытании на ползучесть . Замер удлинения производится с точностью до 0,002 мм. Температура исп-я обычно близкой к раб-й температуре. Для опр-я предела ползучести исп-ют не менее 4-х образцов при разных нагрузках. Для сокращения времени исп-я напряжение выбирают заведомо больше предпол-го предела ползучести. Исп-я прекращают на стадии установивш-ся полз-ти, в тот момент, когда ее длительность будет достаточной для опр-я скорости установившейся полз-ти. В результате получают серию кривых. Для каждой кривой подсчитывают скорость установившейся полз-ти .Затем строят завис-ть скорости устан-ся полз-ти от напряжения в логар-х коор-х и эта зав-ть явл-ся линейной. Эту прямую интрополируют до заданного значения скорости полз-ти и опр-ют таким образом предел полз-ти. В том случае если допуск дается по удлинению, то по первым кривым строят завис-ть времени достигающая заданного знач-я удлинения от напр-я и по ней опр-ют предел полз-ти. 30. Жаропрочность. Определение предела длительной прочности. Жаропрочность - способность материала противостоять в условиях повышенных температур кратковременному или длительному действию внешних нагрузок, вызывающих деформацию разрушения. Факторы, влияющие на характ-ки ползучести и жаропрочности. 1) Легирование. Жаропрочность опр-ся силами межатомной связи, поэтому чем более тугоплавкий металл, тем больше его жаропрочность. Легирование приводит к возникновению упругих искажений решетки, затрудняют движение дислокаций и повышают жаропрочность. 2) Избыточные фазы. Если частицы избыточных фаз имеют большую прочность чем матрица, жаропрочность увеличивается, более тугоплавкие частицы чем матрица также повышают жаропрочность. 3) Микроструктура. Жаропрочность увеличивается с увеличением размера зерна. 4) Кристалографическая текстура. В поликристаллах существенно на жаропр-ть не влияет. 5) Дислок-я структура. Упрочнение достигаемое наклепом приводит к ↑ жаропр-ти при температуре ниже температуры рекристаллизации. Предел длительной прочности. Для определения предела длительной прочности используют теже схемы, что и при определении предела ползучести. Для определения предела длительной прочности необходимо испытать не менее 6 образцов при разных напр-ях. Результатом испытаний является значение времени до разрушения при заданном напр-е. Связь между временем до разрушения и напр-е апроксим-ся выражением , геде А и n-коэффициенты. В логарифмических координатах эта зависимость прямолинейна и дает возможность экстраполировать результаты на более длительное время. Определив время до разрушения образцов, наход-ся под напр-ми заведомо большими предполагаемого предела длит-й прочности, строят по эксперим-м точкам прямую и после ее экстраполяции до заданного времени находят величину ее прочности. По стандарту рекомендуемый допуск по времени составляет от 50 до 10000 часов. Определяется это время требованиями к материалу. Часто эта зависимость хар-ся точкой перелома, эта точка соотв-ет переходу внутрикрист-го или смешанного разрушения полностью межкрист-му разрушению при низких напр-х. В таких случаях экстраполяцию можно проводить только тогда, если надежно установлен наклон кривой в обеих частях. 31. Понятие о жаропрочности. Влияние температуры на пластическое течение. Жаропрочность – способность материала противостоять в условиях повышенных температур кратковременному или длительному действию внешних нагрузок, вызывающих деформацию и разрушение. Наличие переменного во времени и неоднородного по объёму изделия температурного поля вызывает значительные термические напряжения. При наложении этих напряжений на рабочие может произойти деформация, и даже разрушение изделия. В этом случае материал должен обладать высоким сопротивлением тепловой усталости. При термических циклах возможно перемещение границ зерен. По мере увеличения числа циклов вокруг мигрирующей границы появляются поры, а затем и трещины. Эти трещины возникают в объёме металла и могут не выходить на поверхность. Возникновению трещины всегда предшествует пластическая деформация. Разрушение никогда не бывает хрупким. Напряжения, превышающие предел текучести вызывают остаточную деформацию, наклёп, на которые при последующем нагреве накладывается разупрочнение. По механизму влияния на металл термические напряжения аналогичны напряжениям, вызываемым внешними усилиями. Температура, при которой прикладывается нагрузка, может привести к фазовым превращениям. При одновременном действии нагрузки эти превращения могут отличаться от обычных превращений при повышенных температурах. Главное требование к жаропрочным сплавам – высокая стабильность структуры. По мере увеличения температуры наблюдается резкое снижение критического напряжения сдвига, как монокристалла, так и поликристалла. С ростом температуры происходит уменьшение эффективного влияния препятствий движению дислокаций, которые могут перемещаться в кристалле при меньших внешних нагрузках. При увеличении диффузионной подвижности атомов в условиях повышенных температур создаются предпосылки для разрушения сегрегаций атомов растворённых элементов вокруг дислокаций. Это приводит не только к уменьшению предела текучести, но и к изменению кривой нагружения. Если препятствия для движения дислокаций были созданы в виде включений упрочняющей фазы, имевшей критическую степень дисперсности, то при воздействии высокой температуры возможна коагуляция включений до размеров, оказывающих слабое влияние на торможение движения дислокаций. Образуется состояние перестаривания. Происходит разупрочнение. При росте температуры снижается эффект упрочнения, созданный различными обработками, предусматривающими рост плотности дислокаций. По мере нагрева происходит распределение дислокаций из их высоко напряженных группировок в менее напряженную конфигурацию. В результате происходит уменьшение плотности дислокаций. При определённом нагреве возможна рекристаллизация, что также ведёт к разупрочнению металла. 32. Ползучесть. Виды ползучести. Ползучесть – явление возникновения дополнительно к упругой деформации пластической деформации при постоянном напряжении. Процесс ползучести начинается сразу после возникновения мгновенной деформации ε0 при приложении нагрузки. В зависимости от Т и уровня приложенного напряжения ползучесть протекает по разным законам. Наиболее известны 4 вида ползучести, области реализации которых зависят от Т и σ. При напряжении < критического протекает неупругая обратимая ползучесть. Этот вид ползучести не опасен для конструкции (область 1). При напряжении > критического при относительно низких температурах идёт логарифмическая низкотемпературная ползучесть (область 2). При высоких температурах – высокотемпературная ползучесть (область 3). Низкотемпературная и высокотемпературная ползучесть могут протекать при напряжении значительно меньше макроскопического предела текучести. При Т≈(0,8 – 0,9)Тпл (область 4) наблюдается диффузионная ползучесть. Кривые ползучести строятся в координатах деформация – время. Их вид зависит от вида ползучести. 33. Ползучесть. Логарифмическая низкотемпературная ползучесть. (НТП) Ползучесть – явление возникновения дополнительно к упругой деформации пластической деформации при постоянном напряжении. Процесс ползучести начинается сразу после возникновения мгновенной деформации ε0 при приложении нагрузки. Зависимость ε(t) для большинства металлов хорошо апроксимируется уравнением . С течением времени НТП довольно быстро затухает. В процессе НТП полный термический возврат происходить не успевает. Снижение скорости ползучести объясняется моделью истощения дислокаций. Пусть в образце имеется некоторое количество дислокационных отрезков и каждый из этих отрезков может переместиться 1 раз. После приложения нагрузки и упругого удлинения образца наиболее благоприятные ориентировки дислокаций переместятся. Произойдёт пластическая деформация. В условиях постоянства приложенного напряжения оставшиеся дислокации будут удерживаться препятствиями. С течением времени флуктуация тепловой энергии вызывает движение большинства этих дислокаций за счёт поперечного скольжения. Увеличится удлинение. Постепенно процесс термически активированного скольжения будет затухать (истощаться) за счёт уменьшения числа дислокаций, способных к перемещению. Затухает скорость при росте относительного удлинения. Скорость логарифмической ползучести практически не зависит от температуры. Это объясняется тем, что энергия тепловых колебаний атомов в области низких температур относительно мала по сравнению с энергией активации ползучести. Дислокация, остановившись у препятствия, не может его обойти только за счёт энергии тепловых колебаний. Скорость логарифмической ползучести не чувствительна к уровню напряжений. Практическое значение логарифмической ползучести мало, т.к. деформации незначительны, ползучесть быстро стабилизируется во времени и не представляет опасности для деталей и конструкций, даже при очень длительных выдержках. Логарифмическая низкотемпературная ползучесть является не установившейся, т.е. скорость ползучести непрерывно уменьшается со временем. 34. Ползучесть. Высокотемпературная ползучесть. (ВТП) Ползучесть – явление возникновения дополнительно к упругой деформации пластической деформации при постоянном напряжении. При высоких температурах и относительно больших напряжениях ползучесть протекает интенсивнее и не прекращается со временем, а приводит к значительным деформациям и даже разрушениям. При ВТП различают 3 стадии: 1) Неустановившаяся ползучесть (участок АВ) , ε0 – мгновенная деформация; z,m – константы. 2) Установившаяся ползучесть (участок ВС). Скорость ползучести постоянна. εIK – деформация, соответствующая концу первой стадии. Скорость ползучести тем больше, чем больше напряжение или температура. 3) Участок CD. Эта стадия заканчивается разрушением. Скорость ползучести растёт. В процессе ползучести изменяется структура и рельеф боковых поверхностей образцов. Наблюдаются линии скольжения, полосы сброса, взаимное смещение зерен. Протяженность стадий ползучести может значительно меняться, вплоть до исчезновения некоторых из них. Главная причина различий ВТП от НТП заключается в более полном протекании процессов возврата, вызывающих разупрочнение и увеличение деформации. Дислокации в этих условиях могут обходить препятствия поперечным скольжением, либо переползанием, что приводит к продолжению деформации ползучести вплоть до разрушения. На 1ой стадии ВТП скорость ползучести со временем снижается. Движение дислокаций останавливается препятствиями. Повышается сопротивление, имеет место деформационное упрочнение. При Т, характерных для ВТП энергия тепловых колебаний сравнима с высотой энергетического барьера стопора и его преодоление становится возможным, что вызывает дополнительную деформацию и рост скорости ползучести. В металле скорость установившейся ползучести контролируется наиболее медленным процессом – переползанием дислокаций. Пластическая деформация вызывает рост плотности дислокаций и деформационное упрочнение. В то же время возврат приводит к уменьшению плотности дислокаций и разупрочнению. Таким образом, идёт конкуренция упрочнения и разупрочнения. Для ВТП характерна сильная экспоненциальная зависимость , k – константа, Q – энергия активации ползучести. Зависимость Vуст от σ: . При разных Т и σ n меняется от 1до 4. 35. Ползучесть. Диффузионная ползучесть. Ползучесть – явление возникновения дополнительно к упругой деформации пластической деформации при постоянном напряжении. Процесс ползучести начинается сразу после возникновения мгновенной деформации ε0 при приложении нагрузки. Наибольший интерес представляет стационарная ползучесть при высоких температурах. Скорость ползучести была рассчитана Набарро. При диффузионной ползучести происходит перенос металла за счёт самодиффузии, благодаря потоку вакансий между источниками и стоками, в качестве которых рассматриваются внешние поверхности или границы зёрен. Пусть имеется зерно в форме куба со стороной L, к которому приложены растягивающие напряжения. Под действием напряжений вакансии диффундируют со сторон BC и AD в направлении пунктира. На встречу им движется поток атомов. В результате зерно удлиняется в сторону приложения напряжений. Скорость ползучести определяется выражением: α – постоянная (по расчетам = 25). При диффузионной ползучести сплавов возможен обход дислокациями препятствий переползанием. Переползание дислокаций, скопление у препятствий приводит к рассасыванию скоплений. Следовательно, ведёт к разупрочнению. 36. Ползучесть. Влияние температуры и величины напряжений на процессы ползучести. Зависимость уровня энергии активации ползучести от Т и σ. Q1 – энергия, соответствующая низкотемпературной ползучести, Q2 – энергия, соответствующая термически активируемому поперечному скольжению, Q3 – переползанию. Q3≈Есамодиффузии Температура, соответствующая нижнему пределу высокотемпературной ползучести при большем напряжении меньше. В нижней части диапазона температур высокотемпературной ползучести процесс ползучести контролируется поперечным скольжением. При более высоких температурах главную роль играет переползание дислокаций. Развитие поперечного скольжения приводит к небольшим деформациям, т.к. устраняются винтовые дислокации. Следовательно, возврат в результате поперечного скольжения не может полностью скомпенсировать деформационное упрочнение. 37. Изнашивание металлов. Виды изнашивания. Абразивное изнашивание. Изнашивание – это процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и в его остаточной деформации. Виды изнашивания: 1) мех. виды – изнашивание определяется явлениями чисто механического порядка. 2) молекулярно –механическое изнашивание – основным является сцепление материалов на отдельных участках контактируемых поверхностей с последующим мех . разрушением, образовавшихся связей. 3) коррозионно – механические виды – изнашивание определяется хим. взаимодействием среды с материалами трущихся тел при мех. удалении продуктов взаимодействия. Абразивное изнашивание. При А.И. поверхность металла изнашивается в результате режущего или царапающего действия твердого тела или частиц. Механизм заключается в удалении материала с изнашиваемой поверхности либо в виде мелкой стружки, либо в виде фрагментов материала, находящихся в сильно наклепанном состоянии. Природа абразивных частиц: минеральное происхождение, окалина, твердые структурные составляющие. На процесс А.И. влияют: - природа абразивных частиц; - агрессивность среды; - свойства изнашиваемых поверхностей; - скорость контакта поверхностей; - температура. Виды А.И.: 1) Изнашивание поверхностей детали твердыми частицами. При этом на поверхности трения образуется риска. 2) А.И. при ударе. Процесс разрушения детали при ударном взаимодействии между деталью и абразивом наз. ударно – абразивным изнашиванием. При этом на поверхности трения образуется лунка в результате локальной ПД металла. 3) Изнашивание от абразивных частиц в зазоре пары трения. Попавшие в зазоры пары трения абр. частицы участвуют в восприятии приложенной нагрузки и могут впрессовываться в поверхности трения, раздавливаться на более мелкие фракции, скользить или перекатываться по поверхности, деформируя ее. 4)Изнашивание от абр. частиц в потоке жидкости или газа. а) прямой удар , угол атаки 900. происходит хрупкое разрушение, наклеп с отделением материал в виде чешуек. б) косой удар, угол от 0 до 900. Влажность и агрессивность среды значительно ↑ интенсивность А.И. Экспериментально обнаружено, что если размеры абр. частиц < 5 мкм, то они адсорбируют на себе продукты окисления, что может ↓ интенсивность А.И. 38. Изнашивание в следствии ПД. Изнашивание при хрупком разрушении. Изнашивание в следствии ПД. Такому изнашиванию подлежат пластичные сплавы, работающие при значительных нагрузках, повышенных тем-х. Происходит постепенное перемещение поверхностных слоев в направлении скольжения – смятия. Когда это перемещение приобретает значения размытия, то размеры изделия в зоне контакта меняются. Но износ не сопровождается потерями массы. В этом случае пластическое течение возникает под действием сил трения. Изнашивание при хрупком разрушении. Такое изнашивание происходит, когда поверхностный слой одного из трущихся металлов претерпевает значительную ПД, интенсивно наклепывается, становится хрупким и затем разрушается, обнажая лежащим под ним менее хрупкий материал. После чего все повторяется сначала. Хрупкий поверхностный слой может образоваться не только в результате наклепа, но и при обогащении поверхности твердыми структурными составляющими из – за различной скорости их изнашивания при изменении состава и свойств поверхностного слоя вследствие взаимодействия со средой, а также изменения структуры поверхности из-за нагрева при трении. 39. Изнашивание металлов. Виды изнашивания. Контактная усталость. Адгезионное изнашивание. Изнашивание – это процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и в его остаточной деформации. Виды изнашивания: 1) мех. виды – изнашивание определяется явлениями чисто механического порядка. 2) молекулярно –механическое изнашивание – основным является сцепление материалов на отдельных участках контактируемых поверхностей с последующим мех . разрушением, образовавшихся связей. 3) коррозионно – механические виды – изнашивание определяется хим. взаимодействием среды с материалами трущихся тел при мех. удалении продуктов взаимодействия. Контактная усталость. Это процессы накопления повреждений и развития разрушений поверхностных слоев под действием переменных контактных нагрузок, вызывающих образование питтинга или трещин. Этот вид изнашивания связан с локальным разрушением поверхности и проявляется только через некоторое время работы детали. Адгезионное изнашивание (А.И.) Этот вид изнашивания связан с различными видами схватывания металла при трении: перенос металла с одной поверхности контактируемых деталей на другую, вырывание частиц одной поверхности и налипание или наволакивание их на другую. Что приводит к появлению на поверхности рисок и задиров, заедание сопряженных поверхностей, сопровождаемое их повреждением и ↑ сопротивления трения. Необходимым условием для схватывания является непосредственное соприкосновение свежих ювенильных поверхностей металла, возникающих в процессе их совместного пластического деформирования. Схема повреждения поверхности при А.И.: сначала наблюдается схватывание поверхности в месте мгновенного контакта. Возникающая связь сразу разрушается, т.к. детали находятся в относительном движении.Если материал в месте мгновенного соединения окажется прочнее основного материала, то разрушение произойдет по основному материалу. В этом случае на одной из поверхности образуется углубление от удаленной частицы, а на другой поверхности выступающая частица. Через эту частицу начинает передаваться значительная часть нагрузки и частица будет разрушать сопряженную поверхность. Если произойдет разогрев, то выступающая частица будет пластически деформироваться. В этом случае она практически не будет разрушать сопряженную поверхность. Характер разрушения при адгезии: 1) прочность связи < прочности металлов пары трения. Срез происходит по самому соединению. Количество металла, удаленного с обеих поверхностей, незначительно даже при высоком коэффициенте трения. 2) соединение прочнее, чем один из металлов. Срез происходит в толще менее прочного металла. При этом его частицы будут налипать на более твердую поверхность. При некоторой длительности процесса трения на твердой поверхности образуется пленка из более мягкого металла. В результате чего скольжение становиться подобным скольжению одинаковых металлов. 3) соединение прочнее обоих металлов. Основные разрушения приходятся на основные металлы, если металлы разные, то на менее прочный металл. Более интенсивное изнашивание мягкого металла может сопровождаться также износом и твердого металла. 4) Соединения одинаковых металлов. В этом случае соединение подвергается наклепу и при его перемещении сопротивление срезу ↑. Поэтому разрушение редко возникает по соединению, чаще по основному металлу. Поэтому повреждения оказываются значительными. Виды разрушений при схватывании. 1) вырывы материалов – образование тонкой пленки, ее разрушение и повторное образование, перенос более твердого материала на более мягкий, вырывание материала с образованием глубоких борозд. 2) задир – образование в результате схватывания различимой невооруженным глазом борозды с оттеснением материала, как в стороны, так и по направлению скольжения. 3) заедание – образуются широкие и глубокие борозды с неровными краями. Присутствуют крупные наросты, возможно оплавление поверхности . Существует вероятность полного заклинивания деталей. 4) схватывание в результате роста окислов в зазоре. 40. Изнашивание металлов. Окислительное изнашивание. Кавитационное изнашивание. Изнашивание – это процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и в его остаточной деформации. Окислительное изнашивание (О.И.) О.И. возможно, когда кислород воздуха или кислород, находящийся в смазке, вступая во взаимодействие с трущейся поверхностью металла, образует на ней окисную пленку. Т.к. окисные пленки защищают металлические поверхности от непосредственного их сближения, то они противодействуют схватыванию. Чем прочнее пленка и чем плотнее она прилегает к металлической поверхности, тем больше сопротивление износу. Изнашивание в этом случае определяется механическим удалением окисных пленок при трении, их уносом со смазкой и образованием свежих пленок. Исходная структура трущихся металлов перестраивается в новую структуру, отличающуюся максимальным упрочнением, измельчением, оптимальной ориентации относительно перемещения при трении и насыщением ультрадисперсных кристаллитов пленки активными компонентами среды. Характер этой перестройки определяется природой изнашиваемых металлов, коэф. трения, нагрузкой, скоростью перемещения, температуры и свойствами среды. Возникающая новая структура экранирует основной металл от мех. и физ.- хим. разрушения. Затем внешнее мех. Воздействие приводит к разрушению экранирующего слоя и происходит снова ее регенерация. Кавитационное изнашивание. Кавитационное изнашивание проявляется в потоке жидкости, движущейся с переменной скоростью в закрытом канале в участках сильно пониженного давления (например, при образовании препятствий). Возникают местные разрывы сплошности потока с образованием каверны, заполненных паром или газом. Попадая с потоком в области более  давления, каверны захлопываются. Если это происходит у металлической поверхности, то жидкость с большой скоростью ударяется в стенку. Каверны возникают и захлопываются периодически, иногда с очень большой частотой. Многократные повторные удары жидкости по одному и тому же участку металла ведет через некоторое время к местному разрушению в виде углублений, а иногда сквозные отверстия. Кавитационное абразивное изнашивание может наблюдаться в потоке воды, несущей песок.