Хрупкое и вязкое разрушение материала.
При хрупком разрушении макропластическая деформация отсутствует. В металле возникает только упругая деформация. Разрушение происходит путем отрыва или скола, когда плоскость разрушения перпендикулярна действующим напряжениям. Разрушение начинается от дефекта (микротрещины), вблизи которого концентрируются напряжения, превосходящие теоретическую прочность металла.
При вязком разрушении металл претерпевает значительную пластическую деформацию. У пластичных материалов, благодаря релаксации напряжений, их концентрация вблизи несплошностей оказывается недостаточной и развитие трещин скола (т.е. хрупких) не происходит. Вязкое разрушение происходит путем сдвига.
Ударная вязкость.
Отношение работы (К), необходимой для разрушения образца, к площади поперечного сечения Aο в месте надреза. Вычисляется ударная вязкость по формуле:
где H1 - начальная высота рабочей части образца, м (см);
В - начальная ширина образца, м (см).
H1 и В измеряются с погрешностью не более 5 мм.
Ударную вязкость обозначают сочетанием букв и цифр. Первые две буквы КС обозначают символ ударной вязкости, третья буква - вид концентратора; первая цифра - максимальная энергия удара маятника, вторая - глубина концентратора и третья - ширина образца. Например:
КСТ+100 150/3/7,5 - ударная вязкость, определённая на образце с концентратором вида Т, при температуре плюс 100 С°, максимальная энергия удара маятника 150 Дж, глубина концентратора 3 мм, ширина образца 7,5 мм.
Если испытания проводятся при комнатной температуре (t = 20 ± 10 С°), то температура в обозначениях не проставляется.
Определение порога хладноломкости.
Хладноломкость- способность некоторых металлов охрупчиваться при низких температурах.
Хладноломкость. Различают верхнюю tB и нижнюю tH границы порога хладноломкости. В этом интервале температур происходит переход от вязкого волокнистого излома к хрупкому кристаллическому. Часто порог хладноломкости определяют по температуре испытания, при которой в изломе имеется 50% вязкой волокнистой составляющей Г50. Чем выше порог хладноломкости, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению; например, если он выше 20 °С, металл хрупко разрушается при комнатной температуре. Изделия следует эксплуатировать при температурах выше порога хладноломкости, когда хрупкое разрушение исключается.
Кристаллическое строение металлов.
Кристаллическое строение металлов характеризуется геометрически правильным расположением их мельчайших частиц - атомов. Поэтому процесс затвердевания называют еще процессом кристаллизации. Следовательно, процесс кристаллизации сопровождается изменением в строении металла. При кристаллизации атомы металла, имеющие беспорядочное расположение в жидком состоянии, занимают в пространстве строго определенные места. Температура, при которой в строении металла происходит какое-либо изменение, называется критической температурой или критической точкой. Изменения в строении металла происходят не только при переходе из твердого состояния в жидкое и наоборот, но и в твердом металле.
Дефекты кристаллической решетки.
Дефект кристаллической решетки - отклонение кристаллической решетки от ее идеального периодического строения.
Дефекты оказывают существенное влияние на физические свойства кристаллов.
Различают точечные дефекты (вакансии); линейные дефекты (дислокации); и
объемные дефекты: трещины, поры, раковины и т.д.
Дислокация - в кристаллах - линейный дефект кристаллической решетки, представляющий собой нарушение правильного чередования атомных плоскостей.
Вакансия - в кристаллах - отсутствие атома или иона в узле кристаллической решетки. Вакансии находятся в термодинамическом равновесии с кристаллической решеткой, они возникают и исчезают в результате теплового движения атомов.
Помимо этого есть ещё специфические дефекты полупроводников.
Акцептор - дефект кристаллической решетки полупроводника, в виде примесного атома, который может захватывать электроны из валентной зоны у доноров, образуя при этом дырки, участвующие в электропроводности.
Донор - дефект кристаллической решетки полупроводника, способный отдавать электроны в зону проводимости.
Доноры в полупроводниковом кристалле могут быть обусловлены примесью или дислокациями.
С физической точки зрения дефекты это нарушения порядка атомов или ионов в структуре. Различают дефекты по Шотки (незанятые узлы решетки) и дефекты по Френкелю (смещение местоположения ионов).
Две вакансии противоположного знака образуют дефект по Шотки.
Пара, состоящая из межузельного иона и оставленной им вакансии, называется дефектом по Френкелю.