* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

211 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ 212 имеет место лишь первая стадия п о л з у ч е с т и , з а ­ в е р ш а ю щ а я с я прекращением ползучести в р е з у л ь ­ тате р а з в и в а ю щ е г о с я у п р о ч н е н и я . На рис. 3 приведена типичная кривая зависимости деформации от времени п р и постоянном н а п р я ж е н и и в процессе ползучести. П р и достаточно высоких ?. темп-pax ползучесть твер­ д ы х тел может р а з в и ­ Р=Const ваться по механизму в я з к о г о течения, с в я з а н ­ ного с диффузионным пе­ реносом вещества. У ме­ таллов при высоких 1 /1 темп-pax ползучесть мо­ i жет реализоваться в т с к о л ь ж е н и и по границам Рис. д. график ползучести ма- з е р е н , что с х о д н о с течетериала под действием постоян- нием аморфных материаного напряжения: / — начальГ Т Р К Т Т Я ИТТИ Г М Л Т Г И ная стадия ползучести; — ? стекла или СМОЛЫ, основная стадия ползучести — В с я к о г о рода примеси пластическое течение с постоян- обычно повышают с о п р о ной скоростью; III — заклюР П И Я Л Я ТТЛЛ чительная стадия ползучести — тивление материала п о л течение с возрастающей скоро- зучести. П р и испытаниях стью, завершающееся разрывом, на ползучесть испыта­ тельные машины кон­ с т р у и р у ю т с я таким о б р а з о м , чтобы можно было о д н о в р е м е н н о проводить испытания многих о б р а з ц о в . Это вызвано б о л ь ш о й продолжительностью таких и с ­ пытаний, д л я щ и х с я обычно сотни и тысячи часов. Т в е р д о с т ь — сопротивление местным деформациям п о в е р х н о с т н ы х слоев материала. Величина твердости материалов обычно оценивается сопротивлением вдав­ л и в а н и ю в и х поверхность шарика из более твердого материала (твердость по Б р и н е л л ю или Р о к в е л л у ) . К р о м е того, твердость оценивается методом вдавли­ вания пирамиды, ц а р а п а н и я , маятниковым методом и методом Ш о р а . Простейший метод оценки относитель­ ной твердости д в у х тел заключается в ц а р а п а н и и о д н о г о д р у г и м . Б о л е е твердое тело оставляет ц а р а п и н у на более мягком. Н а этом принципе построена шкала твердости минералов по Моосу: 1. Тальк; 2. Гипс; 3. Кальцит; 4. Флюорит; 5. Апатит; 6. Полевой шпат; 7. К в а р ц ; 8. Т о п а з ; 9. К о р у н д и 10. А л м а з . В этой ш к а л е твердость х а р а к т е р и з у е т с я номером и не имеет р а з м е р н о с т и . За м е р у твердости по Б р и н е л л ю Н принимается среднее с ж и м а ю щ е е напряжение в кГ/мм , вычисляемое на е д и н и ц у поверхности ш а р о ­ вого отпечатка. П р и замене шарика о д н о г о диаметра д р у г и м н а г р у з к а Р на шарик меняется так, чтобы отношение P/d оставалось постоянным (иа основании з а к о н о в п о д о б и я ) . С помощью измерений твердости и микротвердости (вдавливание а л м а з н о й пирамиды, но при очень малой н а г р у з к е ) м о ж н о оценить степень у п р о ч н е н и я поверхностных слоев твердых тел в р а з ­ личных п р о ц е с с а х о б р а б о т к и , провести н е с л о ж н ы й фазовый а н а л и з металлич. сплавов, контролировать М. с. м. % Юнга, о — поверхностное н а т я ж е н и е , Ъ — постоян­ н а я решетка и а — коэфф., равный по п о р я д к у величины 1. Отсюда получаем, н а п р . , для каменной с о ­ л и Р =^ 200 кГ/мм , а д л я металлов ^ 10 —10*кГ/мм . Н о экспериментально о п р е д е л я е м а я прочность ка­ менной с о л и на разрыв не превосходит 0,5 кГ/мм , а у металлов — 10—100 кГ/мм , т. е. всегда значи­ тельно н и ж е , чем теоретич. Т а к о е расхождение связывается обычно с присутствием в реальном твер­ дом теле различных дефектов структуры и п р е ж д е всего микротрещин. 2 3 2 т 2 2 Наиболее простую оценку разрывного напряжения хруп­ кого тела при наличии в нем трещин можно получить следую­ щим образом. Д о появления трещины плотность упругой энер­ гии в теле была равна W — P /2E. С появлением трещины дли­ ной I происходит разгрузка на площади яг I ; убыль упругой энергии составляет при этом яг P l /2E. Вместе с тем наличие трещины связано с дополнительной энергией 2га, где о — сво­ * бодная поверхностная энергия стенок трещины. Общее изме­ нение энергии при наличии трещины будет AW—21G—Р 1 /2Е. 2 2 z 2 2 2 т и я л р и и р М Я Т Кривая ДТУ—/(0 имеет максимум при ^-(ДТУ)—0. Следова­ тельно, пока длина трещины меньше того критич. значения, к-рое соответствует максимуму ДТУ, равновесие остается ус­ тойчивым, т. е. трещина н е имеет тенденции удлиняться. Н о как только длина трещины становится равной или больше критич., энергия начинает убывать с удлинением трещины и, следовательно, трещина будет удлиняться д о полного разрыва тела. (ДИО - 2а~Р 1,Е 2 =0 Отсюда, при заданном значении длины трещины I, получаем разрывное напряжение P—V2EO/1. Сравнивая это выражение с теоретич. значением прочности P^—aVEa/b, получаем Р/Р = я= Vb/l. Т. к. Ь — постоянная решетки 1 0 C M , Т О достаточно в теле иметь трещинку длиной l~i мп, чтобы прочность тела понизилась в 100 раз по сравнению с теоретич. ее значением. т - 8 в 2 2 П р о ч н о с т ь — сопротивление материала разруше­ нию. В с я к и й процесс деформации, как у п р у г о й , так и пластич., п р и достаточном повышении н а п р я ж е н и я (или при достаточно длительном действии постоянного н а п р я ж е н и я ) заканчивается р а з р у ш е н и е м материала. Е с л и р а з р у ш е н и е материала рассматривать как о д н о ­ временный разрыв связей м е ж д у всеми атомами, рас­ п о л о ж е н н ы м и по обе стороны площадки в 1 см , выбранной п е р п е н д и к у л я р н о растягивающей с и л е , то величина н а п р я ж е н и я отрыва одной части тела от д р у г о й может быть теоретически оценена и оказывается весьма значительной. Это теоретич. значение проч­ ности твердого тела, вычисляемое на основе той и л и и н о й модели межатомных сил для «идеальной», т. е. не с о д е р ж а щ е й дефектов, кристаллич. решетки, о к а ­ зывается равным: Р — aY^Eo/b, где Е — модуль 2 т Однако наличие микротрещин в твердом теле может снизить его прочность только в у с л о в и я х х р у п к о г о р а з р у ш е н и я . В тех с л у ч а я х , когда р а з р у ­ ш е н и ю предшествует пластич. деформация, степень опасности этих трещин резко снижается в результате выравнивания н а п р я ж е н и й по сечению (снятие пере­ напряжений на концах трещины), вызываемого пластич. деформацией. Н о вместе с тем сама пластич. деформация на нек-рой стадии своего развития создает у с л о в и я для з а р о ж д е н и я трещин в деформи­ р у е м о м теле. Решающее значение имеет при этом то обстоятельство, что пластич. деформация в твердом теле развивается всегда крайне н е о д н о р о д н о , что тесно связано с дислокационной природой пластич. течения. Эти неоднородности деформации прояв­ л я ю т с я , в частности, в возникновении незавершенных, т. е. не распространившихся на все сечение кристалла и л и зерна пластич. сдвигов. В дислокационной трак­ товке это означает, что в о д н о й и л и н е с к о л ь к и х близко р а с п о л о ж е н н ы х плоскостях с к о л ь ж е н и я обра­ зовались скопления дислокаций перед прочными препятствиями — двойниковыми границами, грани­ цами блоков мозаики, «сидячими» дислокациями и т. д. Такое скопление дислокаций всегда связано с возникновением высоких локальных концентраций н а п р я ж е н и я , во много раз превосходящего напря­ ж е н и е , п р и л о ж е н н о е извне. Эти высокие местные н а п р я ж е н и я приводят на нек-рой стадии пластич. деформации к возникновению и постепенному раз­ витию микротрещин — зародышей р а з р у ш е н и я . Экспериментальное и з у ч е н и е закономерностей раз­ рушения кристаллов и теоретич. анализ полученных закономерностей приводят к выводу, что появление первых зародышевых трещин р а з р у ш е н и я связано только со сдвигом по плоскостям с к о л ь ж е н и я и опре­ деляется величиной скалывающего н а п р я ж е н и я т. Н о в дальнейшем, когда эти зародышевые трещины до­ стигнут в своем развитии о п р е д е л е н н о й величины, ре­ ш а ю щ а я роль переходит к нормальным н а п р я ж е н и я м , к-рые «дорывают» т р е щ и н у до полного р а з р у ш е н и я