1.2.10 Влияние облучения

Твердые тела, подвергающиеся облучению частицами, обладающими большой энергией, претерпевают значительные изменения, вследствие чего могут изменяться их механические свойства.

Причина - радиационные повреждения, связанные с выбиванием или смещением атомов и образованием дефектов.

Полимерные материалы весьма чувствительны к нарушению электронной структуры, причем различные полимеры реагируют по-разному: одни (например, полиметилметакрилат) после облучения становятся мягкими, пористыми и менее прочными, другие (например, полиэтилен) – более прочными и термостойкими, но более хрупкими. Основные механические характеристики металлов и сплавов изменяются следующим образом: модуль упругости растет, но медленно, пределы текучести и прочности повышаются, относительное удлинение может как повышаться, так и понижаться. Изменения могут быть как необратимыми, так и обратимыми, которые можно устранить, например, отжигом.

1.2.11 Методы получения прочных металлов и сплавов

На рисунке 1.2.12 представлена зависимость предела прочности от количества дефектов кристаллического строения.

1 - диапазон количества дефектов

в современных металлах и сплавах;

N

m

1

2

2 – практически достигаемая прочность.

Рисунок 1.2.12 – Зависимость предела прочности от количества дефектов

Как видно на рисунке 1.2.12, после определенного количества дефектов N<m прочность резко растет, вплоть до теоретической прочности. Однако, практически, редко удается попасть в эту область.

Применяемые в технике методы упрочнения поликристаллических металлов основаны на искусственном увеличении удельного числа дефектов, которое достигается различными методами: легированием, термообработкой, фазовым наклепом, магнитной обработкой, облучением. Однако, при повышении температуры эффект упрочнения исчезает. Поэтому более перспективными являются методы снижения числа дефектов (N<m): вакуумная дистилляция, зонная плавка, разложение летучих соединений металлов, действие высоких давлений и т.д.

1.3 Различные виды испытания материалов

Выбор устойчивых характеристик, разработка методик, установление зависимости свойств от различных факторов и объяснение их природы – такие исследования составляют предмет дисциплины, носящей название испытания материалов.

Классификация видов испытаний:

а) кратковременные статические испытания гладких образцов: растяжение, сжатие, изгиб, кручение;

б) испытание образцов с надрезами;

в) длительные испытания: ползучесть, длительная прочность, релаксация;

г) испытания при ударных нагрузках: испытания на ударную вязкость, при разных скоростях нагружения;

д) испытания при повторно-переменных нагрузках;

е) неразрушающие методы: твердость, дефектоскопия.

1.3.1 Кратковременные статические испытания гладких образцов

1.3.1.1 Растяжение

Испытаниям подвергаются цилиндрические и кольцевые образцы (рисунок 1.3.1).

Рисунок 1.3.1 – Цилиндрические и кольцевые образцы

В результате испытаний снимается диаграмма деформирования. На рисунке 1.3.2 представлены диаграммы деформирования хрупкого (а) и пластичного (б) материалов.

_р

σ

σ_р

σ_Т

σ_у

σ_пц

а) б)

Рисунок 1.3.2 - Диаграммы деформирования

Диаграмма деформирования в координатах , где и ; Р-усилие; F₀ и - начальные значения площади поперечного сечения и длины, - текущая длина, называется условной, т.к. принимается F₀=const, что, в действительности, не так. Если при переходе от Р к учитывать фактическое уменьшение площади поперечного сечения, то получим, так называемую, диаграмму истинных напряжений. При больших перемещениях часто вместо используют

и строят диаграмму , где

; .

Из условия постоянства объема стержня в процессе деформации получаем:

;

,

где - относительное равномерное сужение.

.

Диаграммы -, _ист-, _ист-_ист изображены на рисунке 1.3.3.

σ

σ^ист

2

1 – -;

1

3

2 – _ист-;

3 – _ист-_ист.

Рисунок 1.3.3 – Диаграммы условных и истинных напряжений

Характеристиками механических свойств материалов являются:

а) Е – модуль упругости;

б) _пц – предел пропорциональности;

в) _у – предел упругости;

г) _Т, _0,2 – предел текучести или условный предел текучести;

д) _р – предел прочности при растяжении;

е) _р^ист – истинный предел прочности при растяжении.