1.4. Электрические свойства

1.4.1. Работа выхода электрона

Электрические свойства метал­лов определяются состоянием электронов внутри металла, где существует периодическое поле кристаллической решетки Гра­нима между металлом и другой средой (вакуум, газ, жидкость, твердое тело) нарушает периодичность поля решетки, поэтому в пограничных слоях металла наблюдается изменение состояния электронов, в частности электронов проводимости. Как следствие этого, пограничные слои металла обладают свойствами, отличными от свойств в объеме металла. Для того чтобы электронам проводимости, движущимся свободно по всему объему металла выйти в окружающую граничную среду из кристаллической решетки, необходимо совершить работу, которая характеризуется работой выхода электрона А_о. Так электроны проводимости в металлах имеют различную энергию, то работа выхода электрона для каждого из них различна. Для данного материала за работу выхода электрона принимается работа, которую нужно совершить, чтобы удалить вакуум электрон, обладающий в металле определенной энергией. Ра­бота выхода электрона зависит от состояния поверхности, от природы абсорбированных на поверхности атомов и молекул.

При повреждениях материала деталей, связанных с дефор­мациями в металле происходят необратимые физические про­цессы, приводящие к искажению кристаллической решетки и изменению энергетического состояния поверхностного слоя металла, следовательно, к изменению работы выхода электрона

5. Механические свойства

   1. Твердость материала

Рассмотрим возможмость оценки по­вреждения материала детали, работающей в упругопластической области, по изменениям твердости материала, интенсивность напряжений и деформаций. Такая оценка возможна при наличии экспериментальной зависимости между интенсивностью напря­жжений, интенсивностью деформаций и твердостью Н. Интенсивность деформаций может быть определена при простом растяжении или сжатии образцов. При построении эксперименталь­ных зависимостей учитывается эффект Баушингера, скорость нагружения и однородность материала в точке замера твердости.

Оценка напряженного состояния детали по интенсивности напряжений и деформаций ограничена уровнем пластических де­формаций. У малоуглеродистых сталей наблюдается резкое из­менение твердости в области малых деформаций. Поэтому точ­ность определения напряжений в области малых пластических деформаций зависит от свойств материала. Наиболее высокая точность достигается при определении повреждений в деталях из стали, кривая течения которых имеет площадку текучести.

2. Модуль упругости

В ряде работ отмечается, что модуль нормальной упругости Е (модуль Юнга) и модуль сдвига G могут изменяться при деформировании материала в пределах 5…10%. Это связано с тем, что упругие постоянные E представляют собой вторые производные от удельной потенциально энергии по межатомному расстоянию кристаллической решётки и косвенно окружают меру прочности связей при приложении механической нагрузки. Указанный эффект в большей степени проявляется у чистых металлов и сплавов с небольшим числом компонентов.

3. Демпфирующие свойства

Накопленные к настоящему времени сведении о рассеянии энергии в конструкционных ма­териалах свидетельствуют о существенной зависимости демп­фирующих свойств от многих конструктивно- технологических и эксплуатационных факторов (типа метериала и вида его термо­обработки, амплитуды и частоты циклического деформирования, напряженного состояния, температуры, геометрических параметров элемента, уровни повреждений и т.п.).

Возникновение повреждений в виде трещин в материале элемента конструкции приводит к изменению потенциальной энергии деформации. Потенциальная энергия элемента конст­рукции без трещин больше потенциальной энергии элемента с трещиной, поскольку вокруг трещины существует зона умень­шенных напряжений (так как на свободных поверхностях трещины напряжения равны нулю). Например, для пластины с одиночной трещиной длиной 2L, находящейся под действием растягивающей нагрузки, уменьшение потенциальной энергии происходит на величину , где - внешнее напряжение; E-модуль упругости. Следовательно, повреждения, возни­кающие в материале элемента, приводят к изменению де­кремента колебаний, который является функцией уровня по­вреждений.

Исследования деталей с различным уровнем повреждений показывают, что декремент колебаний таких деталей сущест­венно зависит от уровня и условий (однородного при растяжении-сжатии, неоднородного при изгибе). При однородном напряженном состоянии декремент колебаний намного больше, чем при неоднородном. Это связано, в первую очередь, с харак­тером циклических деформаций. В условиях плоского напряженного состояния (кручение) наблюдается наиболее резкое увели­чение необратимо рассеянной энергии за цикл с увеличением напряжения.