Якост на твърди тела - Физическа енциклопедия
ЗДРАВИНА НА ТВЪРДИ ТЕЛА - в широк смисъл, способността на твърдите тела да устояват на разрушаване (разделяне на части), както и на необратима промяна на формата (пластична деформация) под въздействието на външни влияния. товари. В тесен смисъл - устойчивост на разрушение. В зависимост от материала, вида на състоянието на напрежение (опън, компресия, огъване и т.н.) и условията на работа (temp-pa, продължителност на натоварването и т.н.), различни технологии се приемат в технологията. измерва P. t. t. (граница на провлачване, временно съпротивление, граница на умора и др.). Разрушаването на твърдото тяло е сложен процес, зависещ от много фактори. фактори, следователно размерите, определящи P. t.t., са условни.
Ориз. 1. Зависимост на силата на взаимодействие между два атома от разстоянието между тях.
Физическото естество насилата. P. t. t. в крайна сметка се дължи на силите на взаимодействие между атомите или йоните, които изграждат тялото. Например силата на взаимодействие между два съседни атома (ако пренебрегнем влиянието на околните атоми) зависи само от разстоянието между тях (фиг. 1). На равновесно разстояние r0
0,1 nm (1) тази сила е нула. На по-малки разстояния силата е положителна и атомите се отблъскват, а на по-големи се привличат. На критичното разстояние сила на привличане в абс. стойността е максимална и равна на F T . Например, ако в напрежение цилиндър-богат. прът с напречно сечение S 0 действащата сила P, насочена по оста му, е такава, че се дължи на дадена двойка атоми вътр. сила надвишава макс. сила на привличане F T , тогава атомите свободно се отдалечават един от друг. Въпреки това, за да може едно тяло да колабира по определена повърхност, е необходимо всички двойки атоми, разположени от двете страни на разглежданата повърхност, да изпитват действието на сила, надвишаваща F T .Напрежението, съответстващо на силата F t, наречена. теоретичен якост на опън s t (s T 0,1 E, където E е модулът на Юнг). На практика обаче се наблюдава разрушаване при натоварване P *, което съответства на напрежението s \u003d P * / S 100-1000 пъти по-малко от s t · Теоретично несъответствие. P. t. t. с реално се обяснява с нехомогенности в структурата на тялото (граници на зърната в поликристален материал, чужди включвания и др.), Поради което натоварването P се разпределя неравномерно по напречното сечение на тялото.
Механизъм на унищожаване. Ако върху повърхност с малки размери (но значително надвишаваща напречното сечение на един атом), локалното напрежение е по-голямо от s t, по тази област ще настъпи счупване. Ръбовете на разкъсването ще се разминават на разстояние, по-голямо от r до, на което междуатомните сили вече са малки и се образува микропукнатина (фиг. 2). Зараждането на микропукнатини при напрежения под st се улеснява от термично. флуктуации.
Ориз. 2. Пукнатина на Грифит; сенчестата зона, в която напрежението се освобождава. Стрелките показват посоката на напрежението.
Местните напрежения са особено високи на ръба на образуваната пукнатина, където се получава концентрация на напрежението, и те са толкова по-големи, колкото по-голям е нейният размер. Ако този размер е повече от някакъв критичен r c , напрежението, превишаващо st, действа върху атомите на ръба на пукнатината и пукнатината расте по-нататък по цялото напречно сечение на тялото с висока скорост - настъпва разрушаване. Стойността на r c се определя от условието, че еластичната енергия на материала, освободена по време на растежа на пукнатината, покрива енергийните разходи за образуване на нова повърхност на пукнатината: (където g е енергията на единица повърхност на материала). Преди увеличаване на вътр. силата ще достигне необходимата за унищожаването стойност, отд. групи от атоми, особено тези, които са част от дефекти в кристали, обикновено претърпяват пренареждания, при коитолокалните напрежения намаляват („отпускат“). В резултат на това настъпва необратима промяна във формата на тялото - пластмаса. деформация; насърчава се и от термични. флуктуации. Разрушаването винаги е предшествано от по-голяма или по-малка пластичност. деформация. Следователно, когато се оценява r c, работата на пластмасата трябва да бъде включена в енергията g. деформации в R. Ако е пластмаса. Ако деформацията е голяма не само в близост до повърхността на счупването, но и в обема на тялото, тогава счупването е пластично. Разрушаване без забележими следи от пластичност. деформации т.нар. чуплив. Естеството на фрактурата се проявява в структурата на повърхността на фрактурата. В кристалната тела крехка фрактура съответства на отчупване кристалографски. равнини на разцепване, вискозен - сливане на микрокухини и плъзгане. При ниска температура разрушаването на преим. крехък, при високо - вискозен. Скоростта на преход от пластично към крехко счупване се нарича. критичен температурен рой от студена чупливост.
Тъй като повредата е процес на зараждане и нарастване на пукнатини и пори, тя се характеризира със скоростта или времето от момента на прилагане на натоварването до момента на разкъсване, т.е. с издръжливостта на материала. Изследвания пл. кристален и аморфни тела показаха, че в широк диапазон от температура T и напрежения s, приложени към пробата, животът на опън се определя от съотношението
където прибл. равна на периода на топлинни трептения на атомите в твърдо тяло (10 -12 s), енергията U 0 е близка до енергията на сублимация на материала, активиране. обемът V обикновено е няколко. хиляди атомни обеми и зависи от структурата на материала, образуван в процеса на предварителна терм. и механични обработка и по време на товарене. При ниски temp-pax издръжливостта пада много рязко с увеличаване на напрежението, така че за всякакви стойности, важни за практиката, има почти постоянна гранична стойност на напрежението, над коятообразецът се унищожава почти моментално, а под него живее за неопределено време. Тази стойност на s 0 може да се счита за граница на якост (таблица).
Някои стойности на якост на опън,