Hőterjedés és rugalmassági modulus
A magas CTE-vel rendelkező kristályos testek általában kis rugalmassági modulust tartalmaznak. Növekvő hőmérséklettel, a távolság közötti atomok is nőtt, mivel a hőtágulás és rugalmas deformációja az alkatrész némileg csökken, csökkentve a feszültségi állapot, és ebből következően, a rugalmassági modulus. Magas hőmérsékleten a rugalmas komponens jelentősen csökken. Végül olyan kicsi lesz, hogy a test elveszíti elasztikus tulajdonságait, azaz az instabil egyensúlyi állapotból olyan egyensúlyi állapotba kerül, amelyben a feszültség nagysága és az interatomikus kölcsönhatás erőssége csak a hőmérséklet függvénye.
Az anyagok a tudomány, mint nevezett állapot pyroplastic és előfeltétele kialakítására (kovácsolás, tsrokat, melegen préselve, a hőre lágyuló formázó stb) különböző anyagok és termékek.
Plaszticitás (a görög r1astcos -. Ductile) - tulajdonságait szilárd és anyagok deformálódnak (változtatják formájukat és méret) zavarása nélkül a folytonosságot a szerkezet hatása alatt a külső erők, és mentse része a deformáció megszűnését követően ezeket az erőket. Az így tárolt (állandó vagy maradék) gyakran nevezik képlékeny alakváltozás.
Az összes valódi szilárd anyag, még kisebb deformációkkal is, többé-kevésbé műanyag tulajdonságokkal rendelkezik, i. E. a rugalmas deformációkkal együtt műanyag is. A különbözõ anyagok kétféle alakváltozása közötti különbség nem azonos. Kerámiában ez az arány támogatja a rugalmas alakváltozást, a polimerekben - a műanyag deformáció javára. Ezen index szerint a műanyag deformáció arányának növekedésével a feltételes anyagsorozat a következőképpen alakulhat:
kerámia → fém → nagy molekuláris kapcsolatok.
Ez az arány sok tényezőtől függ, beleértve a szilárd anyag szerkezetét is. Például, a zöld szervezet agyagot aránya rugalmas alakváltozás képest kicsi műanyag. A szárított agyag mintát frakciót plasztikus deformáció jelentősen csökkent, és a szintereit kerámia, ez az arány elhanyagolható. Ennek magyarázata a következő: a hatása alatt hőmérsékleti hatások nyers agyag szerkezete drámai változásokon mentek keresztül: erősen diszpergált kolloid rendszer alakult ki egy porózus üveg-kerámia szerkezet nagy a rugalmassági modulusa.
Megjegyezzük, hogy a terhelés alatt bármely szilárd test elasztikusnak tekinthető, azaz. nem mutat semmiféle észrevehető műanyag deformációt, amíg a terhelés meghalad egy bizonyos határértéket, majd a deformáció egy része visszafordíthatatlanná válik. Ennek a pillanatnak a stressztulajdonságát a hozam erõssége jelenti # 963; t. E határérték után a stressz-törzs kapcsolatának lineáris jellege megszakad, később visszanyerhető, de eltérő arányban # 963; / # 949;. Amikor képlékeny alakváltozás kíséretében megsértése a csatlakoztatott szerkezet, roncsolódik, azzal jellemezve, hogy egy éles feszültségesés állapotban közötti határvonal képlékeny alakváltozás és szerkezetének roncsolása nevezzük határértéknek # 963; np, amely számszerűen egyenlő a szilárd Rpr szakítószilárdságával.
A grafikon (5.6 ábra) azt mutatja, hogy amikor a terhelés a terméspontra nő # 963; t csak rugalmas alakváltozások jelennek meg, és a feszültség nagy sebességgel növekszik. Miután elérte Csak műanyag deformációk jelentkeznek, bár mindkét esetben előfordulnak. Ez alatt az idő alatt a feszültség lassan növekszik, és csak a rugalmassági deformációk jelenlétének köszönhetően, a szerkezet folytonosságának megzavarásáig, Rpr.
Így nyilvánvalóvá válik, hogy a műanyag deformáció megjelenése jelzi a szilárd test szerkezetének megsemmisítési folyamatának kezdetét. Ezt a tényt figyelembe kell venni a különböző funkcionális célú tervek kiszámításánál vagy kiválasztásánál, a tömegek, formázás és egyéb technológiai újraelosztás módszereinek kidolgozásánál.
5.6 ábra. Stressz törzs görbék:
______ elasztikus deformáció;
Ábra. 5.7. A rugalmas és a műanyag deformáció függése a betöltési időn
Az 1. ábrán. Az 5.7 ábra a törzs időfüggését állandó feszültségen és hőmérsékleten mutatja.
A terhelés pillanatában, amely a hang sebességén történik, csak egy elasztikus deformáció 4 (szegmens OA) jelenik meg egy szilárd, folyamatos közegben. Idővel visszafordíthatatlan deformáció alakul ki a szilárd anyagban. A reverzibilis és irreverzibilis deformációk időbeli kumulatív fejlődését AB szegmens jellemzi. Az időpontban # 964; B, a reverzibilis deformáció egy üzemi feszültségen egyensúlyi értéket ér el, és nem növekszik. Ha a megfigyelt deformáció csak a reverzibilis (elasztikus) deformációs komponensnek volt köszönhető, akkor a jövőben nem változna időben, és a BC szegmens az idő tengelyével párhuzamosan helyezkedne el. Valójában a deformáció folyamatosan növekszik, de már az irreverzíbilis komponensnek köszönhetően, és a BC szegmens jellemzi annak időbeli változását.
Ha a légi jármű szakasza egyszerű, akkor a nullázatlan időre extrapolálva a BC egyenesen egy műanyag deformáció törvényét ábrázoljuk. Műanyag deformáció (szegmens DE), amely idővel felhalmozódott # 964; 2 marad a terhelés eltávolítása után, amikor a rugalmas elem eltűnik az rs idővel (SD görbe).
Összefoglalva, amit elmondtak, vegyük figyelembe a következőket:
- a terhelés pillanatában (azonnal) csak elasztikus deformáció (OA) történik;
- abban az időtartamban, amikor az egyensúlyi érték (AB) rugalmas deformációhoz jut, mind elasztikus, mind műanyag deformáció történik,
- a műanyag deformáció növekedési időszaka alatt a rugalmas komponens változatlan marad (BC);
- a terhelés eltávolítása után az elasztikus deformáció (SD) eltűnik;
- (DE) - műanyag deformáció.
Szétválasztása rugalmas és képlékeny alakváltozás, javítja a műanyag anyag tulajdonságait - elég bonyolult, de gyakran szükséges műveleteket új technológiákhoz, a kezelés, a különböző formázó anyagok és a termelő anyagok meghatározott tulajdonságokkal.
A műanyag deformációk kialakulásának okai és mechanizmusa
Emlékezzünk, hogy amikor az a szilárd külső erő, amelynek nagysága meghaladja a folyáshatár és a képlékeny alakváltozás lép fel, ami képződik eredményeként csúszó síkok a kristályrács miatt nyírófeszültség. A számos atom egy bizonyos sík mentén történő elmozdulásához szükséges feszültség, amint azt az 1. ábra mutatja. 5.8, a következő képlet segítségével határozható meg:
ahol G a nyírási modulus;
b - az atomok közötti távolság a csúszás irányába;
h a csúszó síkok közötti távolság.
Ábra. 5.8. Eltérések az atomok elrendezésében a nyírófeszültség hatására
Meg kell jegyezni, hogy közben a csúszó síkok minden egyes atom nem mozdult egy egyenes vonal elrendezése a szomszédos atomok, ahol a leküzdéséhez szükséges a magas energia gát, egy cikk-cakk területen keresztül alacsony energiájú korlát, és így az értéke # 963; T legyen nagyságrenddel kisebb. Például az Al2O3 esetében az elméleti érték # 963, T = 1,7 x 10 5 MPa, az igazi pedig 17-szer kisebb. Az a tény, hogy a kísérleti értékek sokkal kisebbek, mint az elméleti értékek, tulajdonítható szinte minden más szilárd anyagnak, valamint a fémeknek.
A különböző anyagok műanyag deformációval és képződésének mechanizmusa a "diszlokáció" fogalmával magyarázható. Ha a kristályra erő hat a nyírófeszültségre, akkor a felső és az alsó részek kölcsönösen ellentétes irányúak lesznek. Ennek eredményeképpen a diszlokációk előfordulnak, pl. olyan vonalakat, amelyek mentén és közelükben megsérti a kristályt jellemző atomtáblák helyes elrendezését.
Mivel elmozdulás a kristály saját területén keletkező feszültségek hatására a külső erők, ez is azt tapasztalja, hogy erő, az intézkedés alapján, amely mozgásba, ami a kölcsönös „csúszás” az atomi síkok vagy képlékeny deformáció.
Minden alkalommal, amikor egy diszlokáció a csúszó síkban mozog, új kötések nem jelennek meg a csúszási síkon lévő összes atom között, csak azok között, amelyek a diszlokációs vonalon vannak. Ezért a műanyag nyírási deformáció viszonylag alacsony külső feszültségekkel történik, amelyek jóval alacsonyabbak, mint az elméleti értékek, azaz diszlokáció nélkül.
A csúszó sík a kristályban csak olyan régiókban alakul ki, amelyek gyenge kötése az atomok között van. A csúszás a legalacsonyabb energiahatár irányában történik, amelyet le kell győzni. A diszlokáció mozgásán alapuló csúszó mechanizmust a szőnyeg padlóján mozgatható előre létrehozott hajtással lehet azonosítani. Az 1. ábrán. 5.9. példa egy csúsztatórendszer egy sókristályban.
Ábra. 5.9. Slip rendszerek a NaCl típusú kristályokban
Ha külső irányú erőt alkalmazunk a kristálynak bizonyos irányba, akkor csak a külső erőnek a csúszó rendszereknek megfelelő alkotórészei hatásosan befolyásolják a kristály csúszását. Ebből kiindulva arra a következtetésre juthatunk, hogy minél nagyobb a csúszó rendszer megvalósításának valószínűsége, annál nagyobb a kristály műanyag deformációja. Nyilvánvaló, hogy a fémek ilyen valószínűsége sokkal magasabb, mint a természetes kő anyagok és a kerámia.
A kristályok műanyag tulajdonságait biztosító diszlokációk mobilitását nemcsak az interatom kötések ereje korlátozza, hanem a fononok és a vezetőelektronok szétszóródását is a kristály rugalmas régiójában. Továbbá, a mozgás a diszlokáció is zavarja elasztikus kölcsönhatás más ficamok és szennyező atomokkal szemcsehatárok polikristályos és így tovább. Leküzdeni az akadályokat jelölt részét töltötte külső erők. Ebből következik, hogy a valódi kristály (diszlokációkkal) "puhább" vagy több műanyag, mint a hibamentes, de ha a diszlokáció sűrűsége magasabb lesz a kritikus értéknél, akkor tartósabbá és "keményebbé" válik.
A diszlokációk, mint más kristályhibák, nem csak tulajdonságaikra, pl. Plaszticitásukra és erősségükre, hanem a kristályok egyéb fizikai tulajdonságaira is hatással vannak. Például a növekvő diszlokációs sűrűséggel nő a belső súrlódás, megváltozik az optikai tulajdonságok, és nő az elektromos ellenállás (fémek). A diszlokációk növelik a diffúzió sebességét a kristályokban, felgyorsítják az öregedési folyamatot, megnövelik a kémiai aktivitást és csökkenti a kristályos szerkezetek különböző médiumokban való rezisztenciáját.
Így a rugalmasság mellett a plaszticitás a szilárd anyagok legfontosabb jellemzője. A testben a külső erők hatására kialakuló műanyag deformációk lehetővé teszik számunkra, hogy az anyag szerkezetének jellemző tulajdonságait két fő szempont alapján ítéljék meg:
1. A műanyag deformáció megjelenése - az anyag szerkezetének megsemmisítésének kezdetére utaló bizonyíték. Ez lehetővé teszi, hogy:
- határozza meg a szerkezet szilárdságát, deformálhatóságát és stabilitását;
- csökkenti a termékek és szerkezetek anyagfelhasználását;
- biztosítsák a legésszerűbb működésüket, megbízhatóságukat és biztonságukat;
- Növelje a testek ellenállását a sokkterheléshez, csökkentse a stressz koncentrációját az anyagban.
2. A jelentős műanyag deformáció jelenléte pozitív pillanat a szilárd anyagok minőségi formázásának és feldolgozásának biztosítására nyomással (hengerlés, sajtolás, kovácsolás stb.).
Ha a szilárd anyagok feltöltése során rugalmas törzsek keletkeznek, és a hozam- és erőhatárok hasonló értékekkel rendelkeznek, akkor ezeket a szervezeteket törékennyé kell tenni. (Ideálisan törékeny testek # 963; T = Rpr).
A törékeny testek szinte azonnal elpusztulnak, alig észrevehető deformációval.
Ebből következik, hogy a törékenység - egy anyag tulajdonsága, amelyet enyhén, főként rugalmasan, deformálódva, feszültség alatt kell elpusztítani, amelynek átlagos szintje némileg alacsonyabb a hozampontnál.
Rugalmasság (a görög e1astos -. Rugalmas, képlékeny) - a képesség az anyag vagy tárgy tapasztalat szignifikáns rugalmas (reverzibilis) alakváltozás, törés nélkül viszonylag kis erőfeszítéssel. Ezt a képességet gumi (természetes és szintetikus), gumi, néhány, többnyire lineáris, polimerek birtokolja. Ennek a képességnek köszönhetően általában elasztomereknek nevezik őket.
Ellentétben a kristályos anyagok és szemüvegek rugalmasságával, amelyek reverzibilis alakváltozása egy vagy több százalékos frakciót eredményez, az elasztomerek elasztikus deformációi eléri a 100% -ot vagy annál többet. Ez annak köszönhető, hogy a polimer különleges állapota, amelyet magas rugalmasságnak neveznek.
A rendkívül rugalmas állapot stabil minden olyan polimerrel meghatározott hőmérsékleti tartományon belül, amely alatt a polimer üveges állapotban van, és a viszkózus folyadék állapotban.
A szó tág értelemben vett erejét az anyagok azon képességével értjük, hogy ellenálljanak a pusztításnak, amely a külső erők hatásának következménye. Emellett az anyagi megsemmisítés oka lehet olyan tényezõk, mint az egyenlõtlen áramlású hõ- és tömegátadási folyamatok, az elektromos és mágneses mezõk hatása és sok más fizikai és fizikai-kémiai folyamatok és jelenségek.
A kritériumok tartósság függően az osztályba tartozó anyagból, a stressz állapot (húzás, nyomás, nyírás, stb) és a működési feltételek (hőmérséklet, idő terhelés, és így tovább.) Lehet átmeneti ellenállás, folyáshatár, a fáradtság erőt, és más típusú rezisztencia.
Az építőanyagok erősségét leggyakrabban az ideiglenes ellenállás, vagy az "R" végső szilárdság becslése határozza meg az ilyen típusú deformáció esetén. törékeny anyagok (természetes és mesterséges kő anyagok), a fő erőssége jellemzők nyomószilárdság és hajlítási szilárdság, valamint a rugalmas (polimer) - a szakítószilárdság, határozza meg a képletek:
ahol Rc. RR Ru - a tömörítési, nyújtási és hajlítási szilárdsági határértékek MPa;
Fcj és Fp - a törési erő a sűrítés és a feszültség, H;
A a vizsgálati minta keresztmetszete, m 2;
M a legnagyobb hajlítónyomaték, N • m;
W a minta keresztmetszete ellenállásának mértéke, m 3.