5. Химиялық байланыстың түрлері қатты материалдардың механикалық қасиеттеріне қалай әсер етеді?

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформации (упругой и пластической) и разрушению. Изучение механических свойств позволяет получить информацию о природе материалов и поведении в них примесей и дефектов, что может быть использовано для диагностических целей.

К механическим свойствам относятся упругость, прочность материала (сопротивление деформации) и его пластичность (способность менять форму и размеры без разрушения).

Напряжение σ измеряют в паскалях (Па), деформацию ε – в процентах (%) относительного удлинения ( ) или сужения площади сечения ( ).

Прочностью называется свойство твердых тел сопротивляться необратимому изменению формы и и разрушению под действием внешних механических нагрузок. Прочность определяется силами взаимодействия между атомами, ионами, молекулами, из которых образован материал.

Деформация – изменение размеров и формы тела из-за изменения взаимного расположения его частиц. Она происходит под действием внешних нагрузок, а также под действием внутренних полей напряжений, возникающих в структуре материала. Основные виды деформаций: растяжение, сжатие, кручение, срез, изгиб. При этом в теле (или его частях) возникают механические напряжения – нормальные σ и касательные (сдвиговые) τ. Механическое напряжение – величина силы (нагрузки), отнесенная к единице площади поперечного сечения образца.

Для определения прочностных характеристик материалов пользуются графиками зависимости напряжений от степени деформации. При деформации изменяются не только геометрические параметры, меняются также структура и свойства материала из-за изменения расстояния между атомами. Различают упругую и пластическую деформацию.

Упругая деформация – возникает в результате смещения атомов из равновесных положений в кристаллической решетке на расстояния, как правило, меньше периода решетки, и исчезает после прекращения действия внешних сил. В области упругой деформации выполняется закон Гука: σ=Еε, где Е – модуль нормальной упругости, или модуль Юнга. В упругой области после снятия нагрузки значения длины образца и площади его поперечного сечения не отличаются от соответствующих первоначальных значений, то есть материал восстанавливает исходную форму и размеры. На практике для оценки предела упругости измеряют условный предел упругости – напряжение, соответствующее появлению остаточной деформации определенной заданной величины (0,001; 0,003; 0,005%) В частности, при допуске на остаточную деформацию 0,005% условный предел упругости обозначают σ_0,005.

При достижении предела текучести начинается процесс пластической деформации материала. При этом происходит уменьшение площади поперечного сечения образца. Пластическая деформация обусловлена сдвигом (скольжением) одних частей кристалла относительно других и не исчезает после снятия нагрузки. Сдвиг осуществляется в результате движения дислокаций в кристалле. При этом связь между частями кристалла не нарушается, но изменяется взаимное расположение атомов в кристаллической решетке.

Величина нагрузки, необходимой для пластической деформации, определяется наличием дислокаций и возможностью их движения.