Эсмур дегтярева Билет №3

1 вопрос. Общая характеристика прочности как сопротивления материала разрушению и деформации. Роль дислокации в процессах упрочнении разрушения.

Одной из наиболее важных характеристик конструкционных материалов являются механические свойства, которые определяются их способностью сопротивляться действию внешних сил или нагрузок. К таким свойствам прежде всего относятся прочность и пластичность.

Прочностью называется свойство твердых тел (материалов) сопротивляться разрушению или деформации под действием внешних нагрузок.

Прочность и пластичность являются комплексными характеристиками твердых тел и зависят как от внутренних (присущих собственно материалу), так и внешних (обусловленных условиями эксплуатации) факторов. К внешним факторам относятся - температура, время и скорость нагружения, характер приложения нагрузки (постоянная, знакопеременная), схема напряженного состояния. К внутренним факторам относятся – химический и фазовый состав материалов, их кристаллическая и зеренная (форма и размер зерен) структура, состояние (литое, деформированное, закаленное, отожженное, состаренное, отпущенное), дефектность и др. Прочность и пластичность материалов напрямую зависят от сил внутренних межатомных связей и от препятствий пластическому деформированию.

Различают несколько видов прочности:

- статическую (кратковременную),

- конструкционную,

- динамическую (ударную),

- длительную (жаропрочность),

- усталостную - циклическую и контактную,

- удельную,

- механическую.

Определяющими видами прочности являются: статическая с критерием – временное сопротивление, конструкционная – критерии – прочность, надежность и долговечность, жаропрочность – пределы ползучести и длительной прочности, усталостная – выносливость.

Статическая (кратковременная) прочность – это прочность, которой обладает материал при статическом (быстром или медленном) нагружении в режиме растяжения, сжатия, кручения, изгиба. Разрушение материала происходит вследствие разрыва.

Конструкционная прочность (от лат строение, построение) – это прочность материала конструкции с учетом конструкционных, металлургических, технологических и эксплуатационных факторов.

Динамическая (ударная) прочность – это прочность, с которой материал сопротивляется ударным нагрузкам или хрупкому разрушению.

Длительная прочность – это напряжение, вызывающее разрушение материала за определенное время эксплуатации при заданной температуре.

Жаропрочность – это свойство материалов сопротивляться деформации и разрушению при повышенных температурах в течение длительного времени.

Усталостная прочность представлена циклической и контактной прочностью.

Циклическая прочность или долговечность – это прочность, характеризующая сопротивление материала действию знакопеременных или многократно повторяющихся нагрузок.

Контактная прочность или износостойкость – это свойство материалов сопротивляться поверхностному разрушению при перемещении по твердому, жидкому или сыпучему телу.

Удельная прочность – это прочность, отнесенная к плотности материала. Этот показатель используется для характеристики чистоты металла от неметаллических и газовых включений.

Механическая прочность – это наибольшее напряжение, которое предшествует разрушению материала. лекция

Прочность твердых тел прежде всего связана с их сопротивлением разрушению. Существует два вида разрушения - хрупкое и пла­стичное. Если растягивать хрупкий стержень вдоль его оси, то разрушение произойдет по плоскостям, перпендикулярным к на­правлению действия напряжений. Если стержень сделан из пла­стичного материала, то разрушение будет вызвано скольжением по плоскостям, расположенным под углом 0,785 рад (45°) к оси растяжения. Реально в материале одновременно встречаются оба вида разрушения, и в самом хрупком кристалле бывает за­метна пластическая деформация.

Согласно расчетам, проведенным Орованом, теоретическая хрупкая прочность материала при растяжении равна

, (5.1)

а деформация при разрушении

, (5.2)

где Е - модуль Юнга;

γ- поверхностное натяжение;

a₀ - период решетки.

В соответствии с оценкой Орована теоретическая хрупкая прочность (при абсолютном нуле) совершенного кристалла по­вышается с увеличением модуля Юнга, поверхностной энергии и с уменьшением межплоскостного расстояния (5.1) Расчеты теоретической хрупкой прочности, проведенные с учетом особенностей сил связи - ковалентная, ионная, металлическая, показали, что для неметаллических кристаллов оценка Орована завышена примерно вдвое, а для металлических – дает наилучшее приближение.

Впервые теоретическую прочность при сдвиге рассчитал Френкель. При условии синусоидальной зависимости между напряжением, противодействующим сдвигу, и смещением максимальная прочность определяется выражением

, (5.3),

где G - модуль сдвига;

b - период трансляции вдоль направления скольжения.

Теоретическая прочность, как следует из (5.3), зависит от направления перемещения, которое определяет способ деформации (скольжение, двойникование.). Сделанные до сих пор оценки теоретической прочности при сдвиге идеальных монокристаллов выполнены в предположении, что кристалл испытывает чистый сдвиг и сила, нормальная к плоскости скольжения, отсутствует. Учет растягивающих и сжимающих напряжений должен сильно повлиять на величину τ_max.

Приведенные оценки теоретической прочности относились к температуре абсолютного нуля и не отражают температурную зависимость прочности и наличие структурных дефектов типа дислокаций, которые возникают в реальном кристалле при температурах, отличных от 0

лекция 5

2 вопрос. Характеритика прочности материала способы их определения и физический смысл.