27. Основні поняття фізики міцності та пластичності поверхневих шарів твердих тіл. Теоретична та реальна міцність твердих тіл.

Способность тела оказывать сопротивление внешним нагрузкам не разрушая – прочность.

Способность тела восстанавливать свою форму – упругость.

Способность тела менять свою форму – пластичность.

Если твёрое тело подвергается действию внешних сил, то в зависимости от характера и величины сил будут менятся линейные размеры и форма – происходит механическая деформация.

Если действующие силы дастигают определённой величины, то тело разрушается.

ε = L – L0 / L0 * 100%

В результате приложения сил и деформации увеличивается расстояние между составляющими частицами тела (атомами). Это приводит, в свою очередь, к увеличению сил притяжения между составными частями тела. В целом, сдеформированный стержень будет прибывать в равновесии.

С илы сцепления между составляющими частицами твёрдого тела существенно зависят от физико-химической природы этих частиц, а также от расстояния между ними

На рисунке схематический график изменения силы межчастичного сцепления на единицу площади в зависимости от расстояния.

Разрушение материала лишённых дефектов вызвано исключительно разрывом связей между атомами. Существуют две основные систематические схемы разрыва связей между атомами твёрдого тела:

А )процесс сплошности материала, называемый разрушением путём отрыва. σ = Е * ε

Б) процесс разрушения обусловлен сдвигом. Τ = G * γ

Реальная прочность конструкционных материалов в 10-1000 раз ниже. Это связано с дефектами, в частности с дислокациями.

28. Типи дефектів твердих тіл. Поверхневі дефекти.

Дефекты в кристалле подразделяются на: точечные (нульмерные), одномерные, двумерные и трёхмерные.

Точечные дефекты делятся на энергетические, электронные и атомные. Энергетические (фононы) – это искажения регулярной решётки кристалла, вызванные ткпловыми колебаниями частиц. К электронным дефектам относят избыток или недостаток электронов. Атомные дефекты – вакансии (дефект Френкеля), т.е. атом того же сорта что и атом решётки, но находящийся между узлами решётки.

Одномерные дефекты – цепочка точечных дефектов и дислокаций.

Двумерные – поверхность кристалла, границы зёрен.

Трёхмерные (объёмные) – поры, включения, выделения, трещины, размеры которых во всех трёх направлениях намного превосходят межатомные расстояния.

29. Дислокації, їх види, взаємодія і переміщення дислокацій.

Для разрыва идеального кристалла нужно приложить большие усилия. Величина этих усилий в несколько (100 раз) превышает величину усилий, которые экспериментально проявляются при пластическом деформировании реальных кристаллов. Вызвано это наличием в кристаллическом строении твёрдого тела специфических несовершенств – дислокаций.

Дислокация представляется как разрыв в непрерывном теле – это граница зоны сдвига, т.е. граница между участками кристалла, где сдвиг уже пропал и где его ещё не было.

При сдвиге верхней части кристаллической решётки возникают участки несовместимости плоскостей атомов, верхней и нижней частей этой решётки. Этот дефект есть дислокация.

Участок, где начинается дефект есть ядро дислокации. Сдвиг, образовавшийся в кристалле благодаря перемещению одной дислокации и равной одному межатомному расстоянию называют элементарным актом пластической дефформации. Скольжение происходит по кристаллографической плоскости не одновременно, а последовательно, в отдельных атомных рядах, т.е. в плоскости скольжения есть граница отделяющая область, где скольжение произошло и где его не было. Сдвигается только один ряд атомов примыкающий к дислокации. Поэтому перемещение дислокации в плоскости скольжения может происходить при напряжениях сопротивления сдвига. Продолжающийся процесс скольжения вызывает движение дислокации в кристаллах, приводя к распостранению сдвигового смещения.

Пластическая деформация является результатом непрерывного генерирования и движения таких дислокаций.

Дислокации бывают в основном двух типов:

- вектор сдвига перпендикулярен к линии дислокаци (рис 1)- это краевая дислокация

- вектор сдвига параллелен линии дислокаций – это винтовая дислокация.

Краевая дислокация может быть образована путём внедрения в решётку лишней атомной полуплоскости (рис 4).

Деформация сдвига вызванная скольжением дислокации даётся выражением: γ = ρ * в * l.

Скорость деформации : γ˙ = ρ * в * l.

L – среднее расстояние, проходимое дислокациями

Ρ – плотность дислокаций, оющая длина всех дислокаций в единице объёма материала или как число дислокаций пересекающих поверхность единичной площади.

Дислокации полнлстью лежащие в одной плоскости со своим вектором Бюргерса – скользящие дислокации. Движение дислокации скольжением – консервативное переползновение. Перемещение, которое перпендикулярно плоскости скольжения дислокации и требует диффузионного переноса материала – неконсервотивное переползновение. В процессе переползновения имеет место перенос материала. Поле напряжения у винтовой дислокации имеет вид :

Τ = Gb / 2π r

Упругое поле напряжений и деформаций вокруг дислокаций уменьшается по мере удаления от дислокаций пропорционально ( 1 / r )

Вокруг дислокацийобразуются поля напряжений, которые взаимодействуя между собой вызывают силы притяжения или отталкивания между дислокациями. Для краевых дислокаций, когда две дислокации находятсяв одной плоскости скольжения, то дислокации одного знака отталкиваются, а противоположного – притягиваются силой.

Fk = ± (G b² / 2π (1 – U)) * 1/r

Силы обратнопропорциональные между дислокациями:

Fb = ± Gb² / 2π r

Если краевые дислокации разных знаков, находящихся в двух плоскостях скольжения сближаются на расстояние равное размеру атома, то они уничтожаются и образуется ряд атомов внедрения или ряд вакансий.