Теоретическая и техническая прочность металлов



Теоретическая и техническая прочность металлов

Теоретическая прочность металлов, определяемая силами межатомной связи в кристаллической решетке, в сотни и тысячи раз превышает их техническую (реальную) прочность.

Рисунок 19 — Зависимость прочности от числа дефектов

Сопротивление отрыву для железа, по данным различных авторов, теоретическое — 12000…100000 МПа, реальное – 300 МПа.

Теоретическая прочность соответствует идеальной бездефектной кристаллической решетке металла (рисунок 19). При определенном количестве дефектов металл имеет минимальную прочность (точка 1).

С уменьшением количества дефектов прочность возрастает. Прочность нитевидных бездислокационных кристаллов ”усов” приближается к теоретической. Они имеют почти идеальную поверхность без шероховатостей (не обнаруживается при увеличениях в десятки тысяч раз). Так, ”ус” железа толщиной 1 мкм имеет предел прочности порядка 1,35·104 МПа, т.е. почти теоретическую прочность, однако пока длина “уса” не превышает 15 мм и практическое применение их ограничено, например, армирование сапфировыми или графитовыми усами тугоплавких металлов.

С увеличением количества дефектов (правее точки 1) прочность металлов возрастает. Возникающие в различных плоскостях и направлений дислокации будут мешать друг другу перемещаться, что потребует приложения больших напряжений. Движение дислокаций могут тормозить различные препятствия: границы зерен в поликристаллах, границы блоков. Поэтому мелкозернистая сталь прочнее крупнозернистой. Широко известны способы упрочнения, ведущие к увеличению полезной плотности дислокаций, как механический наклеп, термическая обработка, легирование (внедрение в решетку чужеродных атомов, создающих всякого рода несовершенства и искажение кристаллической решетки), создание структур с так называемыми упрочняющими фазами, вызывающими дисперсионное твердение.

Если количество дефектов будет превышать значение соответствующее точке 2, то прочность резко падает, так как многочисленные дислокации, сливаясь друг с другом, образуют трещины.






Лекции и краткая теория по экономике, материаловедению, электротехнике и ТКМ