Высокопрочное состояние

ВЫСОКОПРОЧНОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРЕДЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ [c.39]

В последние годы развивается направление по созданию высокопрочных материалов путем управления характером, числом и распределением несовершенств в металле, которые могут быть созданы при применении пластической деформации. Одним из способов создания высокопрочного состояния является термомеханическая обработка, при которой комбинированным воздействием на материал операций деформации, нагрева и охлаждения создается оптимальная дислокационная структура стали [69—72]. [c.45]

Уравнение долговечности (3.11) справедливо только в определенных границах изменения параметров. Если говорить о напряжении, то оно справедливо внутри интервала Оо, <т/, где сго — безопасное напряжение, а а/ — критическое напряжение высокопрочного состояния. Критическое напряжение определяется из уравнения (3.9) при обращении в нуль показателя экспоненты [c.56]

С практической точки зрения особый интерес имеет достижение высокопрочных состояний в наноматериалах, которые удается получить, например, в метастабильных сплавах. Приведенные выше результаты показывают, что ИПД закаленных алюминиевых сплавов также приводит к формированию наноструктуры, но процессы старения в наноструктурных сплавах имеют ряд отличий от крупнокристаллических образцов [347]. В частности, в наноструктурном сплаве 1420 наблюдается формирование наиболее высокопрочного состояния, а также происходит ускорение процессов старения. Другой особенностью наноструктур в алюминиевых сплавах является образование новых метастабильных фаз. Например, в несмешиваемом сплаве А1-11 %Ре, подвергнутом ИПД, выявлено растворение 0,89 ат. % Ре в алюминиевой матрице, что приводит к существенному повышению прочностных свойств сплава в результате выделения дисперсных фаз при последующем старении. [c.202]

Известна чувствительность к КР поликристаллического алюминия зонной очистки (99,999 %) в 3,5 %-ном растворе ЫаС в воде (Томас, 1966), однако проблема КР как техническая для алюминиевых сплавов существует только применительно к высокопрочному состоянию. Современные высокопрочные сплавы разработаны на основе систем А1—Си Л1—Си—Mg Л1—Си—Mg— 81 А1—Mg А1—2п—Mg А1—2п—Mg—Си и А1—Mg. У бинарных сплавов систем А1—Си А1—Mg А1—2п и А1—сопротивление КР понижается с увеличением концентрации леги- [c.232]

Ангармонизм может быть разделен на силовой, когда к энгармонизму приводят большие внешние силы, и температурный, когда к энгармонизму приводят большие тепловые колебания. Силовой ангармонизм влияет на постоянную у, а температурный— на предэкспоненту в уравнении долговечности Журкова. Уравнение долговечности (2.3) для полимеров в высокопрочном состоянии (без микротрещин) может быть записано в более общем виде [c.37]

При абсолютном нуле предельная прочность высокопрочного состояния стекла равна [c.56]

Безопасное напряжение высокопрочного состояния Оа рассмотрено в одной из работ автора и Разумовской [3.33]. [c.57]

Для всех этих случаев в главе рассмотрены физические теории прочности и долговечности полимеров и стекол, методы расчета предельно достижимой прочности полимеров, обсуждена связь термодинамических и тепловых свойств с прочностью с точки зрения проявления энгармонизма в твердых телах. В главе проанализированы различные точки зрения на природу разрушения полимеров и сделай вывод о том, что в твердых полимерах ведущим процессом разрушения является разрыв химических связей, а не преодоление межмолекулярных взаимодействий. Рассмотрен термофлуктуационный и фононный механизмы зарождения субмикротрещин и их роль в разрушении полимеров в высокопрочном состоянии. [c.58]

Сформулированы два представления о процессе разрушения в полимерах. Согласно первому, разрыв полимерных цепей происходит одновременно по всему объему образца (в слабых или перенапряженных микроучастках структуры), согласно второму, он происходит последовательно по мере разделения образца на части очагом разрущения. Первый процесс мог бы реализоваться в материале с идеальной структурой и играет лишь ограниченную роль при разрушении полимера в высокопрочном состоянии. Критерием разрушения в первом процессе является критическая концентрация разорванных цепей. Второй процесс реализуется для всех технических материалов с начальными и возникшими под нагрузкой опасными микротрещинами. Этот процесс разрушения наблюдается практически во всех реальных случаях. Критерием разрущения при втором процессе, согласно механике разрушения, является пороговое напряжение, выше которого упругая энергия образца равна энергии разрушения или превышает ее, а согласно физике разрушения — безопасное напряжение, выше которого скорость разрыва цепей превышает скорость их рекомбинации под действием тепловых флуктуаций. Последующие главы будут посвящены механике и физике разрушения полимеров с микротрещинами. [c.58]

Как свидетельствуют теоретические оценки, с точки зрения механического поведения формирование наноструктур в различных металлах и сплавах может привести к высокопрочному состоянию в соответствии с соотношением Холла-Петча [4, 5, 317], а также к появлению низкотемпературной и/или высокоскоростной сверхпластичности [318, 319]. Реализация этих возможностей имеет непосредственное значение для разработки новых высокопрочных и износостойких материалов, перспективных сверхпла-стичных сплавов, металлов с высокой усталостной прочностью. Все это вызвало большой интерес среди исследователей прочности и пластичности материалов к получению больших объемных образцов с наноструктурой для последующих механических испытаний. [c.182]

Ниже приведены первые результаты исследования механических свойств наноструктурных материалов, полученных методами ИПД. Особое внимание уделено изучению влияния особенностей структуры на высокопрочные состояния, сверхпластические свойства и усталостное поведение. Обсуждаются вопросы механизмов деформации наноматерйалов, пути достижения уникального комплекса свойств. [c.183]

Большой интерес к высокопрочным состояниям, полученным при обработке средне- и высокоуглеродистых сталей на мартенсит, связан с возможностью достижения предельно высоких уровней статической и циклической прочности на гладких образцах. Вместе с тем такие стали характеризуются высокой чувствительностью к наво-дороживанию. После закалки и последующего отпуска при высокой температуре (свыше 650 °С) формируется мелкозернистая структура отпущенного мартенсита, что приводит к значительному повышению стойкости к растрескиванию при достаточно высокой прочности стали. [c.480]

Сверхпрочными можно назвать материалы, имеющие хорошо организованную бездефектную структуру и обладающие прочностью, сравнимой с теоретической. Такие материалы в промышленных масштабах еще не производятся, но встречаются в лабораторной практике в виде отдельных образцов. Высокопрочными являются материалы, не имеющие начальных микротрещин. Их прочность составляет от 1 до 3 ГПа, что на порядок ниже теоретической прочности, но на порядок выше прочности обычных технических материалов с микротрещинами. Так как образования микротрещин легче избежать в малых образцах (масштабный эффект прочности), высокопрочное состояние обычно реализуется на стеклянных и полимерных волокнах, тонких пластинках и т. д. Прочность большинства технических и строительных материалов, содержащих внутренние микроповреждения (микротрещины), значительно ниже. [c.39]

Прочность полимера в высокопрочном состоянии определяется прочностью бездефектных структурных элементов твердого тела. Для капронового волокна (см. табл. 3.1) высокопрочное состояние характеризуется при О К значением ат ° = 3- 6 ГПа, а нри 300 К — значением Оп = 2ч-4 ГПа, что превышает обычно наблюдаемую прочность капроновых волокон в несколько раз. Специально приготовленные образцы в кристаллическом ориентированном состоянии (игольчатые кристаллы нолиоксиметн-лена [3.15]) достигают при 300 К прочности 3,6 ГПа при толщине иголки 2,4 мкм, но уже при толщине 12 мкм прочность снижается до 0,36 ГПа — обычного значения прочности промышленных полимерных волокон. [c.44]

Из предыдущих разделов следует, что для полимеров в высокопрочном состоянии можно выделить температурные области хрупкого, квазихрупкого и пластического разрыва полимера. В области хрупкого разрыва силы межмолекулярного взаимодействия не вносят существенного вклада в процесс разрушения и основным фактором разрушения поэтому является термофлук- [c.48]

Таким образом, если Журков с сотр. [3.1, 3.2] считает, что кинетика разрушения твердых полимеров в основном определяется разрывом химических связей, то Шишкин [3.30] полагает ответственными за кинетику разрушения и прочность полимеров межмолекулярные силы. Для высокопрочного состояния полимеров это физически обоснованно, так как высокие значения прочности могут превышать значения пределов пластичности этих материалов, как это имеет место в неорганических стеклах в квазихрупком и тем более в пластическом состоянии. Отличие заключается лишь в том, что в неорганических стеклах ответственными за прочность и пластичность являются одни и те же химические связи (в силикатных стеклах вязкое течение является химическим течением материала), а в линейных полимерах ответственными за пластичность (вынужденную высо-коэластичность) являются силы межмолекулярного взаимодействия, а за прочность могут быть ответственными (могут яв- [c.49]

Согласно концепции Шишкина, и прочность не должна зависеть от степени ориентации. Но известно [3.25], что хрупкая прочность сильно зависит от ориентации, и это понятно чем больше ориентация, тем большая часть рвущихся целей находится в направлении оси волокна. Поэтому в высокопрочном состоянии при переходе от неориентированного к предельно ориентированному состоянию хрупкая прочность должна возрастать в три раза. Далее, очевидно, что у ориентированного полимера с молекулярной массой М—>100 разрушение может происходить только при разрыве цепей. Практически эта ситуация реализуется для промышленных полимеров (М>10 ). Макромолекулы достаточно длинны, чтобы не наблюдалось их скольжение без разрыва цепей. Далее, если прочность полимеров определяется силами межмолекулярного взаимодействия, то расчет теоретической прочности должен производиться по формуле Орована Е, где Е — модуль Юнга (см. гл. 1). Модуль упругости твердых полимеров определяется межмолекулярными взаимодействиями. Для капроновых волокон = 2,5 ГПа и поэтому сгт = 0,25 ГПа, что намного ниже реальных значений ар. Поэтому правильный расчет а должен основываться на гипотезе разрыва химических связей. [c.51]

Теперь перейдем к сравнению с экспериментальными данными. Рассмотрим капрон (см. табл. 3.1), для которого в неориентированном состоянии ар = 160 МПа (293 К). В работе [3.30] в качестве аргумента приводятся наибольшие значения прочности 60—400 МПа для неориентированных полимеров. Капрон попадает в этот интервал. Автор концепции утверждает, что приведенные значения прочности далеки от прочности химических связей. И это верно, но вопрос заключается в том, для какого состояния характерны эти цифры для высокопрочного или низкопрочного. Нет сомнений, что эти цифры соответствуют низкопрочному состоянию неориентированных полимеров, когда разрушение идет по перенапряженным цепям. Для капрона (см. табл. 3.1) коэффициент перенапряжения х = 25 и, следовательно, разрушение надо характеризовать не ар=160 МПа, а значением в 25 раз большим, т. е. 4 ГПа. А это значит, что /з рвущихся цепей нагружена так же, как и полное число цепей в предельно ориентированном состоянии (12 ГПа). Но 12 ГПа соответствует прочности химической связи ап = 12,9 ГПа в полиамидных цепях, рассчитанной Губановым и Чевычеловым [2.11] (см. ип в табл. 2.1). Поэтому если принять правильные значения прочности в высокопрочном состоянии, то разрыв полимера следует объяснить разрывом химических связей. Для ориентированного капрона ар=1 ГПа (293 К) при коэффициенте перенапряжения, определенном из экспериментального значения у, равном 12. Поэтому перенапряженные цепи, ответственные за процесс разрыва, характеризуются ар=12 ГПа, что соответствует Оп=12 ГПа — предельной прочности, рассчитанной из энергии разрыва С—К-связи. [c.51]

Как уже отмечалось, процесс разрушения полимера с однородно нагруженными цепями происходит путем случайного термофлуктуационного разрыва (деструкции) цепей в объеме образца, т. е. путем одновременного разрыва многих цепей в объеме. Такой процесс иногда называют термодеструкцией полимера под напрях ением. Объемный характер разрушения характерен и для полимеров в высокопрочном состоянии с тем отличием, что процесс термодеструкции под напряжением в основном идет в микрообластях перенапряжений, где на цепи нагрузка несколько выше, чем в среднем по объему. В случае полимерных волокон к таким микрообластям перенапряжений относятся аморфные участки микрофибрилл. В ряде работ [3.34—3.36] в качестве критерия разрушения высокопрочных полимерных волокоц, не имеющих начальных микротрещин, принималась некоторая критическая концентрация разорванных цепей, приводящая к образованию большого числа субмикротрещин, вызывающих разрушение. [c.57]

В главе 4 уже были рассмотрены вопросы связи процессов разрушения и деформации для высокопрочного состояния твердых тел. Есть достаточные основания считать, что прочность в квазихрупком состоянии совпадает с пределом текучести (для полимеров Оп — с пределом вынужденной высокоэластичности Ов). Ратнер и Брохин [5.31] рассматривали критическое время 0, необходимое для снижения Ов до величины приложенного напряжения, как деформационную (релаксационную) долговечность, аналогичную прочностной долговечности т. Величина 6 определяется по резкому подъему кривой ползучести полимера (рис. 5.17), после которого начинается высокоэластическая деформация. Было показано, что критическое время 0 подчиняется уравнению, аналогичному (5,9). [c.130]

Чтобы связать между собой атомно-молекулярные процессы и микроскопическое разрушение полимера, необходимо ввести некоторый локальный критерий, устанавливающий основную причину разрыва образца. Предложено два принципиально различных критерия разрушения. Первый основывается на представлении о том, что микротрещины не играют существенной роли и разрыв образца происходит тогда, когда в данном сечении число разорванных связей достигает некоторого критического значения (от 50 до 100% связей) [6.1]. Как следует из гл. 2, такого взгляда на механизм разрушения полимеров придерживались Журков и др. исследователи, и это в основном верно для разрушения твердого тела в высокопрочном состоянии в отсутствие микротрещин. Механизмы и теории разрушения в высокопрочном состоянии были обсуждены в гл. 3. Второй локальный критерий основан на представлении о том, что микротрещнны и их рост под нагрузкой играют определяющую роль в процессе разрушения. Механика разрушения (см. гл. 4) рассматривает теорию трещин и устанавливает критерии их роста, как правило, без учета термофлуктуационного механизма. [c.145]

Понселе [6.5], а также автором монографии. Журковым с сотр. на основе фундаментальных исследований кинетики разрушения твердых тел предложена концепция о термофлуктуационной природе прочности и сформулирован кинетический подход к процессу разрушения. Степановым с сотр. эта концепция развита и уточнена для хрупкого состояния и перехода к квазихрупкому разрушению, выяснено принципиальное отличие процесса деформации от разрушения твердых тел. Теория разрушения полимерных цепей и полимеров в высокопрочном состоянии на основе этой концепции развита Губановым и Чевычеловым, Разумовской, Савиным, Мелькером, Веттегренем и другими исследователями. [c.146]

В связи с этим отметим, что статистические закономерности характерны не для всех случаев хрупкого разрушения. Образцы с идеальной структурой характеризуются теоретической прочностью От, которэя исключает статистический характер разрушения. Далее, бездефектные образцы (высокопрочное состояние материала) характеризуются предельной прочностью а,г, которая также практически не подчиняется статистическим закономерностям (нрнмер — бездефектное стекловолокно). Для полимеров бездефектные волокна иока не получены, хотя в гл. 3 отмечалось, что получены суперволокна с прочностью, [c.245]

В высокопрочном состоянии изделия весьма чувстви-ьны к различным концентраторам напряжений как шним (выточки, острые переходы, отверстия с малым 1иусом и т. д.), так и внутренним (неметаллические точения), поэтому большое значение имеет чистота ста-по неметаллическим включениям. [c.219]

Как правило, получение высокопрочного состояния зано с получением метастабильной структуры с высо уровнем микроискажений, высокой плотностью дефе кристаллического строения и, следовательно, повышен склонностью к протеканию диффузионных процессов, необходимо учитывать при осуществлении технологичес операций на изделиях из высокопрочных сталей, при рых возможно насыщение детали водородом (напри электролитическое травление) и появление вoдopo хрупкости. [c.220]

Ниже по данным Я- Е. Гольдштейна показано изме ние усталостной прочности, МПа, закаленной ста 40ХНМА различных способов выплавки после низкого г 200 °С отпуска (высокопрочное состояние) и после высо го при 600 °С отпуска (улучшение) [c.224]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология