Материаловедение

Материаловедение. Контрольная №1 методичка Гарбузовой В 11 ...

Если плотность меньше значения а, то сопротивление деформирова­нию резко возрастает, а прочность приближается к теоретической. Повыше­ние прочности достигается созданием металла с бездефектной структурой, а также повышением плотности дислокаций, затрудняющим их движение. В настоящее время созданы кристаллы без дефектов – нитевидные кристаллы длиной до 2 мм, толщиной 0,5…20 мкм – «усы» с прочностью, близкой к теоретической: для железа σВ = 13000 МПа, для меди σВ =30000 МПа. При упрочнении металлов увеличением плотности дислокаций, она не должна превышать значений 1015…1016 м –2. В противном случае образуются тре­щины.
Дислокации влияют не только на прочность и пластичность, но и на другие свойства кристаллов. С увеличением плотности дислокаций возрас­тает внутреннее, изменяются оптическиесвойства, повышается электросо­противление металла. Дислокации увеличивают среднюю скорость диффузии в кристалле, ускоряют старение и другие процессы, уменьшают химическую стойкость, поэтому в результате обработки поверхности кристалла специаль­ными веществами в местах выхода дислокаций образуются ямки.
Дислокации образуются при образовании кристаллов из расплава или газообразной фазы, при срастании блоков с малыми углами разориентировки. При перемещении вакансий внутри кристалла, они концентрируются, обра­зуя полости в виде дисков. Если такие диски велики, то энергетически вы­годно «захлопывание» их с образованием по краю диска краевой дислокации. Образуются дислокации при деформации, в процессе кристаллизации, при термической обработке.
Вопрос 2
В чем различие между упругой и пластической деформацией, между хрупким и вязким разрушением
Деформацией называется изменение формы и размеров тела под дейст­вием напряжений.
Деформация металла под действием напряжений может быть упругой и пластической.
Упругой называется деформация, полностью исчезающая после снятия вызывающих ее напряжений.
При упругом деформировании изменяются расстояния между атомами металла в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на преж­ние места, и деформация исчезает.
Упругая деформация на диаграмме деформации характеризуется ли­нией ОА (рисунок 5).
Рисунок 5 – Диаграмма зависимости деформации металла ε
от действующих напряжений σ
 
Если нормальные напряжения достигают значения сил межатомных связей, то наблюдается хрупкое разрушение путем отрыва (рисунок 6)
Рисунок 6 – Схема упругой деформации и хрупкого разрушения под дейст­вием упругих напряжений а – ненапряженная решетка металла; б – упругая деформация; в, г – хрупкое разрушение в результате отрыва
 
Зависимость между упругой деформацией ε и напряжением σ выража­ется законом Гука
где    Е – модуль упругости.
Модуль упругости является важнейшей характеристикой упругих свойств металла. По физической природе величина модуля упругости рас­сматривается как мера прочности связей между атомами в твердом теле.
Эта механическая характеристика структурно нечувствительна, т. е. термическая обработка или другие способы изменения структуры не изме­няют модуля упругости, а повышение температуры, изменяющее межатом­ные расстояния, снижает модуль упругости.
Пластической или остаточной называется деформация после прекра­щения действия вызвавших ее напряжений.
При пластическом деформировании одна часть кристалла перемеща­ется по отношению к другой под действием касательных напряжений. При снятии нагрузок сдвиг остается, т.е. происходит пластическая деформация (рисунок 7)
В результате развития пластической деформации может произойти вяз­кое разрушение путем сдвига.
Рисунок 7 – Схема пластической деформации и вязкого разрушения под дей­ствием касательных напряжений а – ненапряженная решетка; б – упругая де­формация; в – упругая и пластическая деформация; г – пластическая дефор­мация; д, е – пластичное (вязкое) разрушение в результате среза
 
Процесс деформации при достижении высоких напряжений заверша­ется разрушением. Тела разрушаются по сечению не одновременно, а вслед­ствие развития трещин. Разрушение включает три стадии: зарождение тре­щины, ее распространение через сечение, окончательное разрушение.
Различают хрупкое разрушение – отрыв одних слоев атомов от других под действием нормальных растягивающих напряжений. Отрыв не сопрово­ждается предварительной деформацией. Механизм зарождения трещины одинаков благодаря скоплению движущихся дислокаций перед препятствием (границы субзерен, фазовые границы), что приводит к концентрации напря­жений, достаточной для образования трещины. Когда напряжения достигают определенного значения, размер трещины становится критическим и даль­нейший рост осуществляется произвольно.
Для хрупкого разрушения характерна острая, часто ветвящаяся тре­щина. Величина зоны пластической деформации в устье трещины мала. Ско­рость распространения хрупкой трещины велика – близка к скорости звука (внезапное, катастрофическое разрушение). Энергоемкость хрупкого разру­шения мала, а работа распространения трещины близка к нулю.
Различают транскристаллитное разрушение – трещина распространя­ется по телу зерна, интеркристаллитное – по границам зерен (всегда хруп­кое).
Результатом хрупкого разрушения является блестящий светлый кри­сталлический излом с ручьистым строением. Хрупкая трещина распростра­няется по нескольким параллельным плоскостям. Плоскость излома перпен­дикулярна нормальным напряжениям.