Главная


Необычные свойства обычных металлов




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 22 ... 66 ... 110 ... 154 ... 193
132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175


скачать книгу Необычные свойства обычных металлов




направление сдвиговых смещений атомов согласуется с направлением действия нагрузки, а доля кристаллов 2
...
Как мы уже знаем, по своей величине эта деформация намного превышает предельную упругую деформацию обычных металлов, но она накапливается не за счет необ­ратимых сдвигов в аустените или мартенсите, а за счет направленного превращения А ->М, Внешнее напряже­ние упорядочивает смещения атомов при этом превра­щении. Если теперь вызвать обратное превращение М ->■ А, то вся эта огромная деформация исчезнет, так как атомы обязаны вернуться в исходные положения, которые они занимали в решетке аустенита.
...
В термоупругих сплавах обратное превращение М-»А можно вызвать двумя способами. В первом случае оно развивается при уменьшении внешнего напряжения, ко­торое стимулировало А ->М-переход и привело к изме­нению формы тела. Значит, первый способ — это просто разгрузить образец. Вся накопленная деформация при этом исчезает, т. е. мы имеем дело со сверхупругостью.
...
Во втором крайнем случае после разгрузки структура сплава остается мартенситной, следовательно, сохра­няется и вся накопленная в ходе нагружения деформация. Обратное превращение М ->А протекает при нагреве в определенном интервале температур, и деформация исчезает — образец «вспоминает» исходную форму.
...
Можно получить, разумеется, и любое сочетание этих двух основных вариантов, любую комбинацию сверхупру­гости и запоминания формы. Сумма соответствующих де­формаций при этом, конечно, не может превышать той предельной величины, которая соответствует каждому из двух эффектов в отдельности. Эта предельная вели­чина целиком определяется соотношением параметров решеток аустенита и мартенсита и геометрией перест­ройки одной решетки в другую при А -> М -> А-превра-Щении.
...
В настоящее время известны сотни сплавов, проявля­ющих эффект Курдюмова. Регулируя их состав или ре­жим обработки, мы можем смещать интервал А ->М -+■
...
направление сдвиговых смещений атомов согласуется с направлением действия нагрузки, а доля кристаллов 2
...
Как мы уже знаем, по своей величине эта деформация намного превышает предельную упругую деформацию обычных металлов, но она накапливается не за счет необ­ратимых сдвигов в аустените или мартенсите, а за счет направленного превращения А ->М, Внешнее напряже­ние упорядочивает смещения атомов при этом превра­щении. Если теперь вызвать обратное превращение М ->■ А, то вся эта огромная деформация исчезнет, так как атомы обязаны вернуться в исходные положения, которые они занимали в решетке аустенита.
...
В термоупругих сплавах обратное превращение М-»А можно вызвать двумя способами. В первом случае оно развивается при уменьшении внешнего напряжения, ко­торое стимулировало А ->М-переход и привело к изме­нению формы тела. Значит, первый способ — это просто разгрузить образец. Вся накопленная деформация при этом исчезает, т. е. мы имеем дело со сверхупругостью.
...
сделаем так, чтобы точка Мн — температура начала А ->М-превращения при охлаждении была немного ниже комнатной температуры, а Ан — температура на­чала обратного М А-превращения при нагреве — не­много выше. Тогда небольшое напряжение, приложенное при комнатной температуре, вызовет превращение А ->М и значительное изменение формы тела, а при. нагреве до температуры 50—100 °С оно вспомнит свою исходную форму. Можно «спустить» интервал превращений в глу­бокий холод. Тогда задавать новую форму нужно будет, при низкой температуре, а вспоминать прежнюю форму, металл будет в ходе отогрева до температуры окружаю­щей среды. Варьируя интервал превращений, мы можем также при нужной температуре привести сплав в сверх­упругое состояние или получить необходимое сочетание эффектов сверхупрутости и запоминания формы.
...
во­просу о том, почему запоминающие сплавы при охлажде­нии легко «уходят» от заданной им формы, но, «вспоми­ная» ее при нагреве, проявляют удивительную настой­чивость (вплоть до готовности к самоубийству). Теперь мы можем выразить это другими словами: почему обра­зование мартенсита, ориентированного определенным образом, можно вызвать малыми напряжениями, а при образовании аустенита в ходе нагрева возникают напря­жения, гораздо большие? Зная в общих чертах механизм термоупругого мартенситного превращения (§ 8), мы легко найдем ответ на этот вопрос.
...
Как уже было сказано, в термоупругих сплавах, прикладывая внешнее напряжение, можно повысить температурный интервал мартенситного превращения и получить нужную ориентировку мартенситных кристал­лов. Ранее мы обсуждали в основном последний (геомет­рический) аспект этих явлений. Теперь обратимся к пер­вому.
...
По мере охлаждения аустенита в его решетке разви­ваются процессы, подготавливающие ее перестройку в ре­шетку мартенсита. Эти процессы, анализ которых пред­ставляет собой довольно сложную задачу, выражаются в снижении модуля упругости. Решетка аустенита как бы-
...
сделаем так, чтобы точка Мн — температура начала А ->М-превращения при охлаждении была немного ниже комнатной температуры, а Ан — температура на­чала обратного М А-превращения при нагреве — не­много выше. Тогда небольшое напряжение, приложенное при комнатной температуре, вызовет превращение А ->М и значительное изменение формы тела, а при. нагреве до температуры 50—100 °С оно вспомнит свою исходную форму. Можно «спустить» интервал превращений в глу­бокий холод. Тогда задавать новую форму нужно будет, при низкой температуре, а вспоминать прежнюю форму, металл будет в ходе отогрева до температуры окружаю­щей среды. Варьируя интервал превращений, мы можем также при нужной температуре привести сплав в сверх­упругое состояние или получить необходимое сочетание эффектов сверхупрутости и запоминания формы.
...
во­просу о том, почему запоминающие сплавы при охлажде­нии легко «уходят» от заданной им формы, но, «вспоми­ная» ее при нагреве, проявляют удивительную настой­чивость (вплоть до готовности к самоубийству). Теперь мы можем выразить это другими словами: почему обра­зование мартенсита, ориентированного определенным образом, можно вызвать малыми напряжениями, а при образовании аустенита в ходе нагрева возникают напря­жения, гораздо большие? Зная в общих чертах механизм термоупругого мартенситного превращения (§ 8), мы легко найдем ответ на этот вопрос.
...
теряет устойчивость по отношению к смещениям атомов Б определенных направлениях. Это, понятно, и есть те направления, сдвиги вдоль которых переводят; решетку аустенита в решетку мартенсита.
...
Чем ближе мы подходим к температуре начала мартен­ситного превращения М„, тем больше «ослабляется» ре­шетка, и, наконец, при температуре Мн начинается мар-тенситное превращение. Теперь рассмотрим положение, которое складывается вблизи температуры Мн, но не­сколько выше ее. Подготовительные процессы зашли достаточно далеко, у решетки аустенита уже «чемодан­ное настроение»: если еще немного охладить сплав, на­чалась бы ее перестройка в решетку мартенсита. Доста­точно легкого толчка, чтобы эта перестройка произошла, и этот толчок дает внешнее напряжение, которое как раз и стремится вызвать сдвиг атомов в ослабленных направлениях. Из этих рассуждений ясно, что чем ближе мы подходим к точке Ми, тем меньшее напряжение нужно, чтобы вызвать мартенситное превращение.
...
Можно несколько «переиначить» ситуацию. Когда сплав находится в аустенитном состоянии, при доста­точно высокой температуре (вдали от Мн), подвешиваем малый груз и начинаем охлаждение. Вначале небольшое напряжение (скажем, 100 МПа) от действия груза вызы­вает лишь соответствующую ему (по закону Гука) не­большую упругую деформацию решетки аустенита. При дальнейшем охлаждении (где-то недалеко от Мн) насту­пит момент, когда этого же напряжения будет доста­точно, чтобы вызвать мартенситное превращение.
...
Поскольку напряжение одновременно «сортирует» ориентировки мартенситных кристаллов, сплав будет деформирован, «заряжен на вспоминание» исходной фор­мы при последующем нагреве. Этот нагрев вызовет обрат­ное превращение, образование аустенита, решетка кото­рого вначале будет ослаблена; по мере повышения тем­пературы и удаления от М„ решетка аустенита «мужает и крепнет», так что сплав может поднимать большие гРузы. Предел упругости высокотемпературной фазы Нитинола приближается к 1000 МПа, поэтому и напря­жение, которое развивается в сплаве, если мы мешаем ему «вспоминать» форму, имеет такую же величину.Если мьг подвесим еще больший груз, то начнется уже пласти­ческая деформация аустенита, и что будет дальше — уже известно (с. 109—110).
...
теряет устойчивость по отношению к смещениям атомов Б определенных направлениях. Это, понятно, и есть те направления, сдвиги вдоль которых переводят; решетку аустенита в решетку мартенсита.
...
Чем ближе мы подходим к температуре начала мартен­ситного превращения М„, тем больше «ослабляется» ре­шетка, и, наконец, при температуре Мн начинается мар-тенситное превращение. Теперь рассмотрим положение, которое складывается вблизи температуры Мн, но не­сколько выше ее. Подготовительные процессы зашли достаточно далеко, у решетки аустенита уже «чемодан­ное настроение»: если еще немного охладить сплав, на­чалась бы ее перестройка в решетку мартенсита. Доста­точно легкого толчка, чтобы эта перестройка произошла, и этот толчок дает внешнее напряжение, которое как раз и стремится вызвать сдвиг атомов в ослабленных направлениях. Из этих рассуждений ясно, что чем ближе мы подходим к точке Ми, тем меньшее напряжение нужно, чтобы вызвать мартенситное превращение.
...
Можно несколько «переиначить» ситуацию. Когда сплав находится в аустенитном состоянии, при доста­точно высокой температуре (вдали от Мн), подвешиваем малый груз и начинаем охлаждение. Вначале небольшое напряжение (скажем, 100 МПа) от действия груза вызы­вает лишь соответствующую ему (по закону Гука) не­большую упругую деформацию решетки аустенита. При дальнейшем охлаждении (где-то недалеко от Мн) насту­пит момент, когда этого же напряжения будет доста­точно, чтобы вызвать мартенситное превращение.
...
Поскольку напряжение одновременно «сортирует» ориентировки мартенситных кристаллов, сплав будет деформирован, «заряжен на вспоминание» исходной фор­мы при последующем нагреве. Этот нагрев вызовет обрат­ное превращение, образование аустенита, решетка кото­рого вначале будет ослаблена; по мере повышения тем­пературы и удаления от М„ решетка аустенита «мужает и крепнет», так что сплав может поднимать большие гРузы. Предел упругости высокотемпературной фазы Нитинола приближается к 1000 МПа, поэтому и напря­жение, которое развивается в сплаве, если мы мешаем ему «вспоминать» форму, имеет такую же величину.Если мьг подвесим еще больший груз, то начнется уже пласти­ческая деформация аустенита, и что будет дальше — уже известно (с. 109—110).
...
теряет устойчивость по отношению к смещениям атомов Б определенных направлениях. Это, понятно, и есть те направления, сдвиги вдоль которых переводят; решетку аустенита в решетку мартенсита.
...
Чем ближе мы подходим к температуре начала мартен­ситного превращения М„, тем больше «ослабляется» ре­шетка, и, наконец, при температуре Мн начинается мар-тенситное превращение. Теперь рассмотрим положение, которое складывается вблизи температуры Мн, но не­сколько выше ее. Подготовительные процессы зашли достаточно далеко, у решетки аустенита уже «чемодан­ное настроение»: если еще немного охладить сплав, на­чалась бы ее перестройка в решетку мартенсита. Доста­точно легкого толчка, чтобы эта перестройка произошла, и этот толчок дает внешнее напряжение, которое как раз и стремится вызвать сдвиг атомов в ослабленных направлениях. Из этих рассуждений ясно, что чем ближе мы подходим к точке Ми, тем меньшее напряжение нужно, чтобы вызвать мартенситное превращение.
...
Можно несколько «переиначить» ситуацию. Когда сплав находится в аустенитном состоянии, при доста­точно высокой температуре (вдали от Мн), подвешиваем малый груз и начинаем охлаждение. Вначале небольшое напряжение (скажем, 100 МПа) от действия груза вызы­вает лишь соответствующую ему (по закону Гука) не­большую упругую деформацию решетки аустенита. При дальнейшем охлаждении (где-то недалеко от Мн) насту­пит момент, когда этого же напряжения будет доста­точно, чтобы вызвать мартенситное превращение.
...
Как видно, здесь нет никакой мистики, все объясня­ется самым естественным образом. Нет, конечно, и ни- i
...
И все же способность запоминающих сплавов «заря­жаться» под действием небольших напряжений дает еще один очень интересный эффект — так называемый обра­тимый ЭЗФ. Иначе это явление называют «двойной па-1
...
Если несколько раз нагреть и охладить нитиноловый стержень с подвешенным на конце небольшим грузом (например, по схеме рис. 63), то в нем будут повторяться уже знакомые нам процессы. При охлаждении стержень будет изгибаться, «заряжаясь» за счет мартенситного превращения, а при нагреве — выпрямляться, вспоми­ная прежнюю форму и легко поднимая подвешенный груз (легко — потому что он мог бы поднять и в 10 раз больший). Каждый раз при охлаждении образуются одни и те же кристаллы мартенсита, «избранные» внеш­ним напряжением, и каждый кристалл всякий раз вы­растает на одном и том же, «своем законном» месте. Дело 1 в том, что в структуре аустенита всегда есть определен­ные неоднородности — границы зерен, дислокации, мел­кие частички других фаз, создающие поля внутренних напряжений. Эти небольшие напряжения, вместе с напря­жением, создаваемым внешней силой, способствуют ро­сту таких кристаллов мартенсита, ориентировка которых лучше всего соответствует направлению равнодействую-| щей всех сил, возникающих в данном участке образца. ; Конечно, главную роль играет внешнее напряжение, но . мелкие геометрические детали перестройки решетки г. каждом участке структуры — свои. При нагреве мар-тенситные кристаллы исчезнут, но при втором охлажде­нии под нагрузкой они вновь образуются в тех же ме-И
...
Как видно, здесь нет никакой мистики, все объясня­ется самым естественным образом. Нет, конечно, и ни- i
...
И все же способность запоминающих сплавов «заря­жаться» под действием небольших напряжений дает еще один очень интересный эффект — так называемый обра­тимый ЭЗФ. Иначе это явление называют «двойной па-1
...
Если несколько раз нагреть и охладить нитиноловый стержень с подвешенным на конце небольшим грузом (например, по схеме рис. 63), то в нем будут повторяться уже знакомые нам процессы. При охлаждении стержень будет изгибаться, «заряжаясь» за счет мартенситного превращения, а при нагреве — выпрямляться, вспоми­ная прежнюю форму и легко поднимая подвешенный груз (легко — потому что он мог бы поднять и в 10 раз больший). Каждый раз при охлаждении образуются одни и те же кристаллы мартенсита, «избранные» внеш­ним напряжением, и каждый кристалл всякий раз вы­растает на одном и том же, «своем законном» месте. Дело 1 в том, что в структуре аустенита всегда есть определен­ные неоднородности — границы зерен, дислокации, мел­кие частички других фаз, создающие поля внутренних напряжений. Эти небольшие напряжения, вместе с напря­жением, создаваемым внешней силой, способствуют ро­сту таких кристаллов мартенсита, ориентировка которых лучше всего соответствует направлению равнодействую-| щей всех сил, возникающих в данном участке образца. ; Конечно, главную роль играет внешнее напряжение, но . мелкие геометрические детали перестройки решетки г. каждом участке структуры — свои. При нагреве мар-тенситные кристаллы исчезнут, но при втором охлажде­нии под нагрузкой они вновь образуются в тех же ме-И
...
Циклические переходы аустенита в мартенсит и об­ратно не проходят бесследно для структуры образца, хотя накопленная при охлаждении деформация практи­чески полностью исчезает при нагреве. Сами эти циклы приводят к слабым изменениям в структуре аустенита, которая постепенно приспосабливается к тому, что мар-тенситные кристаллы появляются всегда в одних и тех же местах. Получается, что внешнее напряжение как бы «прорубает дорогу» мартенситным кристаллам нужной ориентировки* Когда оно сделает это несколько раз, собственное состояние структуры аустенита становится таким, что она уже «привыкает» к появлению именно этих кристаллов при охлаждении. Вырабатывается «вто­рая память» сплава — «память холодной формы». Теперь уже и без внешней нагрузки сплав деформируется при охлаждении в том же направлении, а при нагреве, как и прежде, восстанавливает исходную форму.
...
Конечно, ориентирующее действие внутренних полей напряжений, сформировавшихся в результате такого «приучения», не может быть таким мощным, как действие внешнего груза. Если охлаждением под нагрузкой мож­но получить, как мы уже знаем, приблизительно 10%-ную относительную деформацию, то «дрессированный» сплав дает деформацию всего 1—3
...
Таким образом, мы получаем материал, который уже без всякого участия внешних сил самопроизвольно де­формируется при охлаждении в одном направлении, а при нагреве — в противоположном, т. е. сплав «помнит» две формы — «холодную» и «теплую». В этом состоянии сплав можно использовать, например, для автоматиче­ских терморегуляторов, реагирующих на небольшие колебания температуры, скажем, в помещении. Такие терморегуляторы можно сделать и с использованием обыч­ного однократного ЭЗФ, но тогда требуются «встречные» пружины для «зарядки» устройства при охлаждении. Здесь же потребность в
...
Циклические переходы аустенита в мартенсит и об­ратно не проходят бесследно для структуры образца, хотя накопленная при охлаждении деформация практи­чески полностью исчезает при нагреве. Сами эти циклы приводят к слабым изменениям в структуре аустенита, которая постепенно приспосабливается к тому, что мар-тенситные кристаллы появляются всегда в одних и тех же местах. Получается, что внешнее напряжение как бы «прорубает дорогу» мартенситным кристаллам нужной ориентировки* Когда оно сделает это несколько раз, собственное состояние структуры аустенита становится таким, что она уже «привыкает» к появлению именно этих кристаллов при охлаждении. Вырабатывается «вто­рая память» сплава — «память холодной формы». Теперь уже и без внешней нагрузки сплав деформируется при охлаждении в том же направлении, а при нагреве, как и прежде, восстанавливает исходную форму.
...
Конечно, ориентирующее действие внутренних полей напряжений, сформировавшихся в результате такого «приучения», не может быть таким мощным, как действие внешнего груза. Если охлаждением под нагрузкой мож­но получить, как мы уже знаем, приблизительно 10%-ную относительную деформацию, то «дрессированный» сплав дает деформацию всего 1—3
...
И наконец, мы расскажем о том, как обратимый ЭЗФ проявил себя при разработке моделей нитинолового дви­гателя. Одна из таких моделей построена 10 лет назад под руководством американского инженера Р. Бэнкса. Она представляет собой устройство, основным элементом которого является колесо диаметром 35 см со спицами. На спицах укреплены петли длиной 15 см из нитиноло-вой проволоки диаметром 1,2 мм. Колесо вращается в горизонтальной плоскости так, что петли, свисающие со спиц, попадают в ванну с холодной водой (24 °С), а на противоположной стороне круга — в ванну с подо­гретой водой (48 °С) и т. д.
...
Не будем подробно описывать конструкцию этого двигателя. Скажем лишь, что центры вращения спиц и колеса слегка смещены друг относительно друга, по­этому сила, возникающая при распрямлении петли и направленная вдоль спицы, имеет составляющую, кото­рая вызывает вращение (по принципу коленчатого вала). Механизм отрегулирован так, что в «холодном» полуцик­ле концы петель принудительно сближаются и происходит их «зарядка», а в «теплом» полуцикле петли с силой распрямляются, заставляя колесо вращаться. Мы уже знаем, что для «зарядки» требуется меньшее напряже­ние, чем то, которое возникает в «теплом» полуцикле в процессе вспоминания формы. Эта разница напряже­ний и обеспечивает вращение колеса.
...
Двигатель Р. Бэнкса совершил десятки миллионов оборотов, и возможно, что он работает и сейчас. Для нагрева воды в «теплой» ванне используется солнечное тепло, а выходная мощность машины составляет ^0,2 Вт, т. е. он может обеспечить электроэнергией лишь малень­кую лампочку. Но надо учесть, что это — всего-навсего модель, с помощью которой проверялась длительная работоспособность нитиноловых проволок и исследова­лись другие технические вопросы. В частности, уже после нескольких часов работы выяснилось, что в холод­ной воде петли самопроизвольно закрываются, т. е. вы­рабатывается «память холодной формы». Теперь уже не нужно затрачивать энергию на «зарядку» петель в «хо­лодном» полуцикле, что приводит к росту выходной мощности двигателя.
...
Двигатель, о котором мы рассказали, конечно, ника­кого прямого практического применения не имеет. На иптиноловом принципе будут построены и более мощные,
...
И наконец, мы расскажем о том, как обратимый ЭЗФ проявил себя при разработке моделей нитинолового дви­гателя. Одна из таких моделей построена 10 лет назад под руководством американского инженера Р. Бэнкса. Она представляет собой устройство, основным элементом которого является колесо диаметром 35 см со спицами. На спицах укреплены петли длиной 15 см из нитиноло-вой проволоки диаметром 1,2 мм. Колесо вращается в горизонтальной плоскости так, что петли, свисающие со спиц, попадают в ванну с холодной водой (24 °С), а на противоположной стороне круга — в ванну с подо­гретой водой (48 °С) и т. д.
...
Не будем подробно описывать конструкцию этого двигателя. Скажем лишь, что центры вращения спиц и колеса слегка смещены друг относительно друга, по­этому сила, возникающая при распрямлении петли и направленная вдоль спицы, имеет составляющую, кото­рая вызывает вращение (по принципу коленчатого вала). Механизм отрегулирован так, что в «холодном» полуцик­ле концы петель принудительно сближаются и происходит их «зарядка», а в «теплом» полуцикле петли с силой распрямляются, заставляя колесо вращаться. Мы уже знаем, что для «зарядки» требуется меньшее напряже­ние, чем то, которое возникает в «теплом» полуцикле в процессе вспоминания формы. Эта разница напряже­ний и обеспечивает вращение колеса.
...
Двигатель Р. Бэнкса совершил десятки миллионов оборотов, и возможно, что он работает и сейчас. Для нагрева воды в «теплой» ванне используется солнечное тепло, а выходная мощность машины составляет ^0,2 Вт, т. е. он может обеспечить электроэнергией лишь малень­кую лампочку. Но надо учесть, что это — всего-навсего модель, с помощью которой проверялась длительная работоспособность нитиноловых проволок и исследова­лись другие технические вопросы. В частности, уже после нескольких часов работы выяснилось, что в холод­ной воде петли самопроизвольно закрываются, т. е. вы­рабатывается «память холодной формы». Теперь уже не нужно затрачивать энергию на «зарядку» петель в «хо­лодном» полуцикле, что приводит к росту выходной мощности двигателя.
...
Двигатель, о котором мы рассказали, конечно, ника­кого прямого практического применения не имеет. На иптиноловом принципе будут построены и более мощные,
...
И наконец, мы расскажем о том, как обратимый ЭЗФ проявил себя при разработке моделей нитинолового дви­гателя. Одна из таких моделей построена 10 лет назад под руководством американского инженера Р. Бэнкса. Она представляет собой устройство, основным элементом которого является колесо диаметром 35 см со спицами. На спицах укреплены петли длиной 15 см из нитиноло-вой проволоки диаметром 1,2 мм. Колесо вращается в горизонтальной плоскости так, что петли, свисающие со спиц, попадают в ванну с холодной водой (24 °С), а на противоположной стороне круга — в ванну с подо­гретой водой (48 °С) и т. д.
...
Не будем подробно описывать конструкцию этого двигателя. Скажем лишь, что центры вращения спиц и колеса слегка смещены друг относительно друга, по­этому сила, возникающая при распрямлении петли и направленная вдоль спицы, имеет составляющую, кото­рая вызывает вращение (по принципу коленчатого вала). Механизм отрегулирован так, что в «холодном» полуцик­ле концы петель принудительно сближаются и происходит их «зарядка», а в «теплом» полуцикле петли с силой распрямляются, заставляя колесо вращаться. Мы уже знаем, что для «зарядки» требуется меньшее напряже­ние, чем то, которое возникает в «теплом» полуцикле в процессе вспоминания формы. Эта разница напряже­ний и обеспечивает вращение колеса.
...
Двигатель Р. Бэнкса совершил десятки миллионов оборотов, и возможно, что он работает и сейчас. Для нагрева воды в «теплой» ванне используется солнечное тепло, а выходная мощность машины составляет ^0,2 Вт, т. е. он может обеспечить электроэнергией лишь малень­кую лампочку. Но надо учесть, что это — всего-навсего модель, с помощью которой проверялась длительная работоспособность нитиноловых проволок и исследова­лись другие технические вопросы. В частности, уже после нескольких часов работы выяснилось, что в холод­ной воде петли самопроизвольно закрываются, т. е. вы­рабатывается «память холодной формы». Теперь уже не нужно затрачивать энергию на «зарядку» петель в «хо­лодном» полуцикле, что приводит к росту выходной мощности двигателя.
...
и более компактные, и более экономичные машины. Но свою главную роль эта модель сыграла — она стала де­монстрацией возможностей использования низкотемпера­турных источников тепла. Так что, хотя это и не вечный двигатель в физическом смысле, он вечный в такой же мере, в какой вечно Солнце. Пусть в этой фразе есть некоторое преувеличение, но если читатель полюбил нитинол и ему подобные сплавы, он поймет, что мы имеем в виду.
...
и более компактные, и более экономичные машины. Но свою главную роль эта модель сыграла — она стала де­монстрацией возможностей использования низкотемпера­турных источников тепла. Так что, хотя это и не вечный двигатель в физическом смысле, он вечный в такой же мере, в какой вечно Солнце. Пусть в этой фразе есть некоторое преувеличение, но если читатель полюбил нитинол и ему подобные сплавы, он поймет, что мы имеем в виду.
...
и более компактные, и более экономичные машины. Но свою главную роль эта модель сыграла — она стала де­монстрацией возможностей использования низкотемпера­турных источников тепла. Так что, хотя это и не вечный двигатель в физическом смысле, он вечный в такой же мере, в какой вечно Солнце. Пусть в этой фразе есть некоторое преувеличение, но если читатель полюбил нитинол и ему подобные сплавы, он поймет, что мы имеем в виду.
...
и более компактные, и более экономичные машины. Но свою главную роль эта модель сыграла — она стала де­монстрацией возможностей использования низкотемпера­турных источников тепла. Так что, хотя это и не вечный двигатель в физическом смысле, он вечный в такой же мере, в какой вечно Солнце. Пусть в этой фразе есть некоторое преувеличение, но если читатель полюбил нитинол и ему подобные сплавы, он поймет, что мы имеем в виду.
...
и более компактные, и более экономичные машины. Но свою главную роль эта модель сыграла — она стала де­монстрацией возможностей использования низкотемпера­турных источников тепла. Так что, хотя это и не вечный двигатель в физическом смысле, он вечный в такой же мере, в какой вечно Солнце. Пусть в этой фразе есть некоторое преувеличение, но если читатель полюбил нитинол и ему подобные сплавы, он поймет, что мы имеем в виду.
...
и более компактные, и более экономичные машины. Но свою главную роль эта модель сыграла — она стала де­монстрацией возможностей использования низкотемпера­турных источников тепла. Так что, хотя это и не вечный двигатель в физическом смысле, он вечный в такой же мере, в какой вечно Солнце. Пусть в этой фразе есть некоторое преувеличение, но если читатель полюбил нитинол и ему подобные сплавы, он поймет, что мы имеем в виду.
...
и более компактные, и более экономичные машины. Но свою главную роль эта модель сыграла — она стала де­монстрацией возможностей использования низкотемпера­турных источников тепла. Так что, хотя это и не вечный двигатель в физическом смысле, он вечный в такой же мере, в какой вечно Солнце. Пусть в этой фразе есть некоторое преувеличение, но если читатель полюбил нитинол и ему подобные сплавы, он поймет, что мы имеем в виду.
...
и более компактные, и более экономичные машины. Но свою главную роль эта модель сыграла — она стала де­монстрацией возможностей использования низкотемпера­турных источников тепла. Так что, хотя это и не вечный двигатель в физическом смысле, он вечный в такой же мере, в какой вечно Солнце. Пусть в этой фразе есть некоторое преувеличение, но если читатель полюбил нитинол и ему подобные сплавы, он поймет, что мы имеем в виду.
...
В очередной раз мы просим читателя вер­нуться к диаграмме деформации, изображенной на рис. 13. Теперь речь пойдет о ее последнем участке, описывающем заключительную стадию взаимодействия материала с внешней силой, которая завершается его разрушением, разделением на части.
...
Во многих случаях мы стремимся вызвать разруше­ние, когда нам нужно просверлить отверстие, разрубить полено и т. д. Но часто разрушение — это беда, а иногда и трагедия; поэтому огромную роль в технике играет прочность — мера сопротивления материалов разруше­нию.
...
Есть два основных типа разрушения материалов — вязкое и хрупкое. Когда разрушение наступает после значительной пластической деформации, как на рис. 13, оно считается вязким. Вязкое разрушение наименее опасно, так как оно развивается сравнительно медленно, а главное — его приближение легко заметить по остаточ­ным изменениям размеров изделия. Чаще всего уже сами эти изменения размеров делают деталь неработоспособ­ной. В связи с этим в технике редко приходится сталки­ваться с вязким разрушением, хотя в механизме этого процесса много интересного.
...
Мы уже говорили, что максимальное напряжение, которое может выдержать материал, соответствует верх­ней точке В
...
В очередной раз мы просим читателя вер­нуться к диаграмме деформации, изображенной на рис. 13. Теперь речь пойдет о ее последнем участке, описывающем заключительную стадию взаимодействия материала с внешней силой, которая завершается его разрушением, разделением на части.
...
Во многих случаях мы стремимся вызвать разруше­ние, когда нам нужно просверлить отверстие, разрубить полено и т. д. Но часто разрушение — это беда, а иногда и трагедия; поэтому огромную роль в технике играет прочность — мера сопротивления материалов разруше­нию.
...
Если срезать лишний материал по плоскостям, парал­лельным оси стержня, то обнажится сквозная полость, в которую можно даже просунуть тонкую бумажку (рис. 79). Если бы мы не остановили испытание, то рост этой полости в направлении поверхности стержня при­вел бы к
...
Если срезать лишний материал по плоскостям, парал­лельным оси стержня, то обнажится сквозная полость, в которую можно даже просунуть тонкую бумажку (рис. 79). Если бы мы не остановили испытание, то рост этой полости в направлении поверхности стержня при­вел бы к
...
В этой строфе великий русский поэт затро­нул два вопроса, которые нам предстоит выяснить, а именно: почему сияет грань алмаза и что за «змей» живет в трещине. Для характеристики этого «змея» приведем лишь несколько примеров.
...
1000 связанных с этим аварий, часть которых имела ката­строфические последствия. На рис. 81 показана фотогра­фия танкера, который разломился пополам в порту в без­ветренную погоду. Трещина моментально проскочила через палубу и по обоим бортам до самого киля. Хруп­кие разрушения судов случались и в других странах. Кроме того, нередки случаи неожиданных разрушений сварных мостов, турбогенераторов, резервуаров для хра­нения жидкостей и газов, самолетов (английские «Ко­меты»), ракет (американские «Полярисы»). Довольно страшную картину являют случаи хрупкого разрушения магистральных газопроводов (рис. 82). Трещина мчится вдоль трубопровода со скоростью реактивного самолета, пробегая без остановки до десятка километров. Ясно, что все эти проделки «змея» приносят колоссальный ущерб и часто приводят к человеческим жертвам.
...
Расчет теоретической прочности кристалли­ческих материалов на разрыв в принципе не отличается от того расчета теоретического сопротивления сдвигу, который был впервые выполнен Я. И. Френкелем. Если принять, что разрушение наступает в результате одно­временного разрыва всех межатомных связей перпенди­кулярно какой-либо атомной плоскости кристалла, то для этого потребуется напряжение того же порядка, что модуль Юнга Е
...
Как и при анализе причин низкого сопротивления ме­таллов пластической деформации, мы вынуждены приз­нать несостоятельность модели одновременного разрыва межатомных связей и искать механизм последовательного развития разрушения вдоль будущей поверхности излома. Тут и приходит «на помощь» трещина, точнее — ее спо­собность концентрировать напряжение у своей вершины.
...
1000 связанных с этим аварий, часть которых имела ката­строфические последствия. На рис. 81 показана фотогра­фия танкера, который разломился пополам в порту в без­ветренную погоду. Трещина моментально проскочила через палубу и по обоим бортам до самого киля. Хруп­кие разрушения судов случались и в других странах. Кроме того, нередки случаи неожиданных разрушений сварных мостов, турбогенераторов, резервуаров для хра­нения жидкостей и газов, самолетов (английские «Ко­меты»), ракет (американские «Полярисы»). Довольно страшную картину являют случаи хрупкого разрушения магистральных газопроводов (рис. 82). Трещина мчится вдоль трубопровода со скоростью реактивного самолета, пробегая без остановки до десятка километров. Ясно, что все эти проделки «змея» приносят колоссальный ущерб и часто приводят к человеческим жертвам.
...
Расчет теоретической прочности кристалли­ческих материалов на разрыв в принципе не отличается от того расчета теоретического сопротивления сдвигу, который был впервые выполнен Я. И. Френкелем. Если принять, что разрушение наступает в результате одно­временного разрыва всех межатомных связей перпенди­кулярно какой-либо атомной плоскости кристалла, то для этого потребуется напряжение того же порядка, что модуль Юнга Е
...
вительно, ведь пустота не может нести нагрузку, напря­жение внутри отверстия равно нулю. Зато участки ма­териала около краев отверстия будут перегружены, на­пряжения в них будут больше о (среднее напряжение в сечении не должно меняться, так как иначе нарушится равновесие). Такие отверстия, пустоты, уменьшающие площадь сечения, называют концентраторами напря­жения.
...
Математический аппарат для расчета концентрации напряжений был разработан еще в начале XX века. Оказалось, что величина «концентрированного» напряже­ния определяется формой концентратора, а также его размерами и радиусом кривизны его краев. Например, для эллиптического отверстия длиной 2с *), имеющего радиус кривизны у края р, коэффициент концентрации напряжений составляет
...
где о — напряжение, создаваемое внешней силой вдали от отверстия. Картину напряженного состояния можно представить наглядно с помощью «силовых» линий, гу­стота которых пропорциональна напряженности мате­риала. Эти линии обходят концентратор и сгущаются у его краев (рис. 83). Видно также, что не только само отверстие не участвует в работе материала, но отлыни­вает от работы и некоторая область выше и ниже отвер­стия. Она как бы перекладывает свои обязанности на те участки пластины, которые расположены левее и правее отверстия.
...
Если роль концентратора напряжения играет тре­щина, то положение резко обостряется, поскольку радиус кривизны вершины трещины очень мал и может быть в принципе равен межатомному расстоянию, т. е. (2 -з-3) ■ Ш-4 мкм. Значит, такой трещины длиной всего 1 мкм уже достаточно, чтобы понизить прочность тела во много десятков раз. Другими словами «концентрированное» на-
...
*) Коэффициент 2 здесь и в дальнейшем введен просто для удобства вычислений, поскольку в расчетные формулы входит поло­вина длины трещины.
...
вительно, ведь пустота не может нести нагрузку, напря­жение внутри отверстия равно нулю. Зато участки ма­териала около краев отверстия будут перегружены, на­пряжения в них будут больше о (среднее напряжение в сечении не должно меняться, так как иначе нарушится равновесие). Такие отверстия, пустоты, уменьшающие площадь сечения, называют концентраторами напря­жения.
...
Математический аппарат для расчета концентрации напряжений был разработан еще в начале XX века. Оказалось, что величина «концентрированного» напряже­ния определяется формой концентратора, а также его размерами и радиусом кривизны его краев. Например, для эллиптического отверстия длиной 2с *), имеющего радиус кривизны у края р, коэффициент концентрации напряжений составляет
...
где о — напряжение, создаваемое внешней силой вдали от отверстия. Картину напряженного состояния можно представить наглядно с помощью «силовых» линий, гу­стота которых пропорциональна напряженности мате­риала. Эти линии обходят концентратор и сгущаются у его краев (рис. 83). Видно также, что не только само отверстие не участвует в работе материала, но отлыни­вает от работы и некоторая область выше и ниже отвер­стия. Она как бы перекладывает свои обязанности на те участки пластины, которые расположены левее и правее отверстия.
...
Если роль концентратора напряжения играет тре­щина, то положение резко обостряется, поскольку радиус кривизны вершины трещины очень мал и может быть в принципе равен межатомному расстоянию, т. е. (2 -з-3) ■ Ш-4 мкм. Значит, такой трещины длиной всего 1 мкм уже достаточно, чтобы понизить прочность тела во много десятков раз. Другими словами «концентрированное» на-
...
*) Коэффициент 2 здесь и в дальнейшем введен просто для удобства вычислений, поскольку в расчетные формулы входит поло­вина длины трещины.
...
*) Коэффициент 2 здесь и в дальнейшем введен просто для удобства вычислений, поскольку в расчетные формулы входит поло­вина длины трещины.
...
Разрыв межатомных связей у вершины трещины вызо­вет увеличение ее длины, следовательно, в приведенной выше формуле будет возрастать с,
...
Анализ Гриффитса был удивительно простым и ясным. Убедившись в том, что без трещин ему не обойтись, он составил уравнение баланса энергии в нагруженной плас­тине, в которой возникает и растет трещина. Чтобы по­вторить его расчет, мы можем воспользоваться рис. 83. Итак, если пластина находится под действием напряже­ния о, не превышающего предела упругости, то соответ-
...
Немного фантазии — и мы можем считать, что вся эта энергия «поселилась внутри» трещины. Вот мы и устано­вили, что за «змей» живет в трещине.
...
Куда расходуется эта энергия? Гриффите резонно предположил, что она идет на образование двух новых поверхностей — «берегов» трещины. Ведь поверхность всегда обладает повышенной энергией; это знает каждый, кто имел дело с мыльными пузырями. Для того чтобы раздуть пузырь, надо совершить работу против сил по­верхностного натяжения. Следовательно, поверхность обладает избыточной энергией, только у металлов по­верхностная энергия, которая приходится на единицу площади, в 10—20 раз больше, чем у мыльной пленки. Эту удельную поверхностную энергию обозначим Уз-
...
*) Это легко понять, если мы учтем, что когда трещина разорвет пластину пополам, обе половины вообще будут разгружены, их упру­гая деформация исчезнет.
...
Изменение этой ве­личины описывает сред­няя (результирующая) кривая на рис. 84. Как видно из графи­ка, образование мелких трещин энергетически не выгодно. Но если в материале уже есть го­товые трещины, то их дальнейший рост может
...
чить столь фундаментальный результат," вообще не рас­сматривая напряженного состояния материала у вер­шины трещины и не привлекая представлений о
...
Теория Гриффитса объяснила катастрофический ха­рактер хрупкого разрушения, огромные ускорения при движении трещин, невозможность остановить процесс роста трещины, если он уже прошел критическую точку. Она дала положительный ответ на важнейший вопрос: «может ли работать материал с трещинами?». Она ука­зала те предельные размеры трещин, с которыми еще может работать материал при заданном напряжении о.
...
Гриффитсовская формула позволяет решить и обрат­ную задачу, которая чаще возникает в инженерной практике. Допустим, что технология получения или об­работки какого-либо материала, который будет рекомен­дован конструктору, не гарантирует отсутствия трещин в изделии. Например, при сборке частей конструкции будет применяться сварка, которая часто вызывает об­разование трещин из-за резких перепадов температуры и по другим причинам (не случайно большая часть тех аварий, о которых мы рассказали, произошла со свар­ными конструкциями). В распоряжении технолога есть способы дефектоскопического контроля, которые позво­лят отбраковать детали с трещинами, не допустить их
...
чить столь фундаментальный результат," вообще не рас­сматривая напряженного состояния материала у вер­шины трещины и не привлекая представлений о
...
Теория Гриффитса объяснила катастрофический ха­рактер хрупкого разрушения, огромные ускорения при движении трещин, невозможность остановить процесс роста трещины, если он уже прошел критическую точку. Она дала положительный ответ на важнейший вопрос: «может ли работать материал с трещинами?». Она ука­зала те предельные размеры трещин, с которыми еще может работать материал при заданном напряжении о.
...
Гриффитсовская формула позволяет решить и обрат­ную задачу, которая чаще возникает в инженерной практике. Допустим, что технология получения или об­работки какого-либо материала, который будет рекомен­дован конструктору, не гарантирует отсутствия трещин в изделии. Например, при сборке частей конструкции будет применяться сварка, которая часто вызывает об­разование трещин из-за резких перепадов температуры и по другим причинам (не случайно большая часть тех аварий, о которых мы рассказали, произошла со свар­ными конструкциями). В распоряжении технолога есть способы дефектоскопического контроля, которые позво­лят отбраковать детали с трещинами, не допустить их
...
эксплуатацию в изделиях ответственного назначения. Но каждый метод дефектоскопии имеет некоторый порог чувствительности, поэтому можно с уверенностью утвер­ждать лишь то, что в изделии не будет трещин длиннее определенного размера. Тогда это пороговое значение длины трещины и нужно будет подставить в формулу Гриффитса, чтобы найти напряжение окр,
...
Конечно, это лишь принцип расчета допустимого на-, пряжения в конструкции. Здесь опущены многие вычис­лительные подробности, которые в реальном конструи-, ровании очень важны. Но несомненно, что сама возмож­ность такого подхода базируется на теории Гриффитса.
...
Собственные эксперименты Гриффитса со стеклянными, образцами (колбами), на которые он наносил острые надрезы, имитирующие трещины, дали великолепные ре-, зультаты. Из теории вытекает, что произведение разру­шающего напряжения окр
...
. Совпадение и здесь оказалось хорошим. Однако при переходе к металлам формула Гриффитса давала результаты, которые далеко не соответствовали, реальности. Возникло сомнение в возможности исполь­зования этой теории применительно к металлическим ма­териалам, хотя их поведение при хрупком разрушении качественно не отличалось от поведения стекла. Так же,, как и стеклянные, металлические изделия в определен­ных условиях разрушались без заметной остаточной де-. формации при напряжении, не превышающем предела упругости. Так же разрушение становилось неуправляе­мым, «лавинным» процессом после достижения трещиной определенной длины. При понижении температуры мно­гие металлы и сплавы, как и стекло, становились все более хрупкими. Трещины двигались в этих условиях примерно с такими же огромными скоростями и ускоре­ниями.
...
эксплуатацию в изделиях ответственного назначения. Но каждый метод дефектоскопии имеет некоторый порог чувствительности, поэтому можно с уверенностью утвер­ждать лишь то, что в изделии не будет трещин длиннее определенного размера. Тогда это пороговое значение длины трещины и нужно будет подставить в формулу Гриффитса, чтобы найти напряжение окр,
...
Конечно, когда мы говорим о скорости и ускорении трещин, не следует забывать об условности этих понятий. Трещина ведь не является материальным телом, а речь идет о движении ее вершины.
...
Когда появилась возможность измерять очень высо­кие скорости движения трещин (например, методами ско­ростной киносъемки), были получены впечатляющие ко­личественные результаты. Известный советский специа­лист в области разрушения В. М. Финкель приводит такие цифры. В хрупком металле трещина на докрити-ческой стадии процесса разрушения движется со скоро­стью порядка 1 мм/ч. После достижения критического размера за одну тысячную долю секунды скорость рас­пространения трещины увеличивается до значений по­рядка 10000 км/ч! Следовательно, ускорение на этапе разгона — порядка 10*1 м/с2. Если бы пилотируемая кос­мическая ракета развивала такое ускорение, космонавт испытывал бы десятимиллионную перегрузку! Даже бес­пилотным ракетам далеко до таких ускорений, а совре­менным реактивным лайнерам далеко до таких скоростей. Что касается результатов столь оперативной работы трещин, то мы с ними уже знакомы по рис. 81 и 82. Отме­тим также, что подобные события значительно чаще слу­чаются в холодное время года.
...
Итак, в чем же дело? Склонные к переходу в хрупкое состояние, как их называют, хладноломкие металлы раз­ламываются как стекло, а классическая формула Гриф­фитса не работает. Испытания металлических образцов с трещинами показали, что в критический момент разру­шения (момент, за которым следует быстрый рост тре­щины) напряжение в сотни раз больше, чем предсказы­вает гриффитсовская формула. Или наоборот, при дан­ном разрушающем напряжении трещина должна была бы иметь такую длину, которая намного превышает раз­меры самого образца. И вместе с тем, сам этот критиче­ский момент существует, и все остальные следствия тео­рии качественно выполняются.
...
Первым нашел причину этого несоответствия венгер­ский физик Орован, один из основоположников теории дислокаций. Он понял, что упругая энергия, которая высвобождается при росте трещины, расходуется не только на образование новых поверхностей, что при хрупком разрушении металла есть еще один потребитель энергии «змея», а сам «змей» должен быть, следовательно,
...
Конечно, когда мы говорим о скорости и ускорении трещин, не следует забывать об условности этих понятий. Трещина ведь не является материальным телом, а речь идет о движении ее вершины.
...
Когда появилась возможность измерять очень высо­кие скорости движения трещин (например, методами ско­ростной киносъемки), были получены впечатляющие ко­личественные результаты. Известный советский специа­лист в области разрушения В. М. Финкель приводит такие цифры. В хрупком металле трещина на докрити-ческой стадии процесса разрушения движется со скоро­стью порядка 1 мм/ч. После достижения критического размера за одну тысячную долю секунды скорость рас­пространения трещины увеличивается до значений по­рядка 10000 км/ч! Следовательно, ускорение на этапе разгона — порядка 10*1 м/с2. Если бы пилотируемая кос­мическая ракета развивала такое ускорение, космонавт испытывал бы десятимиллионную перегрузку! Даже бес­пилотным ракетам далеко до таких ускорений, а совре­менным реактивным лайнерам далеко до таких скоростей. Что касается результатов столь оперативной работы трещин, то мы с ними уже знакомы по рис. 81 и 82. Отме­тим также, что подобные события значительно чаще слу­чаются в холодное время года.
...
Итак, в чем же дело? Склонные к переходу в хрупкое состояние, как их называют, хладноломкие металлы раз­ламываются как стекло, а классическая формула Гриф­фитса не работает. Испытания металлических образцов с трещинами показали, что в критический момент разру­шения (момент, за которым следует быстрый рост тре­щины) напряжение в сотни раз больше, чем предсказы­вает гриффитсовская формула. Или наоборот, при дан­ном разрушающем напряжении трещина должна была бы иметь такую длину, которая намного превышает раз­меры самого образца. И вместе с тем, сам этот критиче­ский момент существует, и все остальные следствия тео­рии качественно выполняются.
...
Первым нашел причину этого несоответствия венгер­ский физик Орован, один из основоположников теории дислокаций. Он понял, что упругая энергия, которая высвобождается при росте трещины, расходуется не только на образование новых поверхностей, что при хрупком разрушении металла есть еще один потребитель энергии «змея», а сам «змей» должен быть, следовательно,
...
Конечно, когда мы говорим о скорости и ускорении трещин, не следует забывать об условности этих понятий. Трещина ведь не является материальным телом, а речь идет о движении ее вершины.
...
Когда появилась возможность измерять очень высо­кие скорости движения трещин (например, методами ско­ростной киносъемки), были получены впечатляющие ко­личественные результаты. Известный советский специа­лист в области разрушения В. М. Финкель приводит такие цифры. В хрупком металле трещина на докрити-ческой стадии процесса разрушения движется со скоро­стью порядка 1 мм/ч. После достижения критического размера за одну тысячную долю секунды скорость рас­пространения трещины увеличивается до значений по­рядка 10000 км/ч! Следовательно, ускорение на этапе разгона — порядка 10*1 м/с2. Если бы пилотируемая кос­мическая ракета развивала такое ускорение, космонавт испытывал бы десятимиллионную перегрузку! Даже бес­пилотным ракетам далеко до таких ускорений, а совре­менным реактивным лайнерам далеко до таких скоростей. Что касается результатов столь оперативной работы трещин, то мы с ними уже знакомы по рис. 81 и 82. Отме­тим также, что подобные события значительно чаще слу­чаются в холодное время года.
...
Итак, в чем же дело? Склонные к переходу в хрупкое состояние, как их называют, хладноломкие металлы раз­ламываются как стекло, а классическая формула Гриф­фитса не работает. Испытания металлических образцов с трещинами показали, что в критический момент разру­шения (момент, за которым следует быстрый рост тре­щины) напряжение в сотни раз больше, чем предсказы­вает гриффитсовская формула. Или наоборот, при дан­ном разрушающем напряжении трещина должна была бы иметь такую длину, которая намного превышает раз­меры самого образца. И вместе с тем, сам этот критиче­ский момент существует, и все остальные следствия тео­рии качественно выполняются.
...
Действительно, стекло является аморфным материа­лом, и его способность давать остаточные деформации под действием напряжения определяется вязкостью. Вязкость аморфных тел резко увеличивается при пони­жении температуры. Например, снижение температуры всего на 20 градусов (от +80 до +60 °С) увеличивает вязкость стекла в 10 ООО раз. Значит, стекло всегда можно «заморозить» настолько, что его «течение» вообще станет невозможным. Уже комнатной температуры для этого достаточно. Стекло может реагировать на прило­жение внешней нагрузки либо изменением расстояний между атомами в пределах упругой деформации, либо (если в нем есть трещина, а напряжение достаточно ве­лико, чтобы выполнялось условие Гриффитса) путем хрупкого разрушения. Металлы — тела кристалличе­ские, и механизм их пластического течения иной. Пласти­ческое течение, как мы знаем, связано с движением ди­слокаций. Сопротивление кристаллической решетки ме­таллов движению дислокаций возрастает с понижением температуры, однако, далеко не столь резко, как вяз­кость аморфных тел. Вблизи абсолютного нуля предел упругости металла всего в несколько раз выше, чем при комнатной температуре.
...
Таким образом, раз около вершины трещины кон­центрируется огромное напряжение, некоторый объем лшталла всегда будет пластически деформирован. При распространении трещины по кристаллу в зону высоких напряжений у ее вершины будут попадать все новые источники дислокаций, которые трещина заставит ра­ботать, что приведет к увеличению плотности дислока­ций. Короче говоря, когда трещина разорвет металл, поверхность излома будет пластически деформирована, и мы уже не сможем собрать и склеить осколки, восста­новив исходную деталь с той же высокой точностью, как в случае стекла.
...
При хрупком разрушении металлов пластически де­формированный слой, прилегающий к поверхности из­лома, существует всегда; речь может идти не о его нали­чии или отсутствии, а только о его толщине. В зависи­мости от условий работы металла (температуры, скорости приложения нагрузки, габаритов изделия, которые опре­деляют полный запас упругой энергии, питающей про-
...
Действительно, стекло является аморфным материа­лом, и его способность давать остаточные деформации под действием напряжения определяется вязкостью. Вязкость аморфных тел резко увеличивается при пони­жении температуры. Например, снижение температуры всего на 20 градусов (от +80 до +60 °С) увеличивает вязкость стекла в 10 ООО раз. Значит, стекло всегда можно «заморозить» настолько, что его «течение» вообще станет невозможным. Уже комнатной температуры для этого достаточно. Стекло может реагировать на прило­жение внешней нагрузки либо изменением расстояний между атомами в пределах упругой деформации, либо (если в нем есть трещина, а напряжение достаточно ве­лико, чтобы выполнялось условие Гриффитса) путем хрупкого разрушения. Металлы — тела кристалличе­ские, и механизм их пластического течения иной. Пласти­ческое течение, как мы знаем, связано с движением ди­слокаций. Сопротивление кристаллической решетки ме­таллов движению дислокаций возрастает с понижением температуры, однако, далеко не столь резко, как вяз­кость аморфных тел. Вблизи абсолютного нуля предел упругости металла всего в несколько раз выше, чем при комнатной температуре.
...
Таким образом, раз около вершины трещины кон­центрируется огромное напряжение, некоторый объем лшталла всегда будет пластически деформирован. При распространении трещины по кристаллу в зону высоких напряжений у ее вершины будут попадать все новые источники дислокаций, которые трещина заставит ра­ботать, что приведет к увеличению плотности дислока­ций. Короче говоря, когда трещина разорвет металл, поверхность излома будет пластически деформирована, и мы уже не сможем собрать и склеить осколки, восста­новив исходную деталь с той же высокой точностью, как в случае стекла.
...
При хрупком разрушении металлов пластически де­формированный слой, прилегающий к поверхности из­лома, существует всегда; речь может идти не о его нали­чии или отсутствии, а только о его толщине. В зависи­мости от условий работы металла (температуры, скорости приложения нагрузки, габаритов изделия, которые опре­деляют полный запас упругой энергии, питающей про-
...
Действительно, стекло является аморфным материа­лом, и его способность давать остаточные деформации под действием напряжения определяется вязкостью. Вязкость аморфных тел резко увеличивается при пони­жении температуры. Например, снижение температуры всего на 20 градусов (от +80 до +60 °С) увеличивает вязкость стекла в 10 ООО раз. Значит, стекло всегда можно «заморозить» настолько, что его «течение» вообще станет невозможным. Уже комнатной температуры для этого достаточно. Стекло может реагировать на прило­жение внешней нагрузки либо изменением расстояний между атомами в пределах упругой деформации, либо (если в нем есть трещина, а напряжение достаточно ве­лико, чтобы выполнялось условие Гриффитса) путем хрупкого разрушения. Металлы — тела кристалличе­ские, и механизм их пластического течения иной. Пласти­ческое течение, как мы знаем, связано с движением ди­слокаций. Сопротивление кристаллической решетки ме­таллов движению дислокаций возрастает с понижением температуры, однако, далеко не столь резко, как вяз­кость аморфных тел. Вблизи абсолютного нуля предел упругости металла всего в несколько раз выше, чем при комнатной температуре.
...
Таким образом, раз около вершины трещины кон­центрируется огромное напряжение, некоторый объем лшталла всегда будет пластически деформирован. При распространении трещины по кристаллу в зону высоких напряжений у ее вершины будут попадать все новые источники дислокаций, которые трещина заставит ра­ботать, что приведет к увеличению плотности дислока­ций. Короче говоря, когда трещина разорвет металл, поверхность излома будет пластически деформирована, и мы уже не сможем собрать и склеить осколки, восста­новив исходную деталь с той же высокой точностью, как в случае стекла.
...
цесс разрушения) его толщина может меняться от долей микрометра до многих десятков микрометров. Поскольку на пластическую деформацию затрачивается определен­ная работа, толщина слоя будет влиять на общие энерго­затраты, связанные с разрушением. Чем быстрее бежит трещина, тем тоньше деформированный слой и тем в меньшей степени он деформирован, так как требуется некоторое время на приведение в действие дислокацион­ных источников — они обладают определенной инер­цией.
...
Все это не противоречит концепции Гриффитса, идее баланса энергий. Просто в его формуле к величине у,, нужно добавить еще одно слагаемое ур
...
цесс разрушения) его толщина может меняться от долей микрометра до многих десятков микрометров. Поскольку на пластическую деформацию затрачивается определен­ная работа, толщина слоя будет влиять на общие энерго­затраты, связанные с разрушением. Чем быстрее бежит трещина, тем тоньше деформированный слой и тем в меньшей степени он деформирован, так как требуется некоторое время на приведение в действие дислокацион­ных источников — они обладают определенной инер­цией.
...
Все это не противоречит концепции Гриффитса, идее баланса энергий. Просто в его формуле к величине у,, нужно добавить еще одно слагаемое ур
...
кристаллографической плоскости в решетке. Зти плоско­сти называют «плоскостями скола». Например, кристаллы с ОЦК решеткой раскалываются по плоскости грани куба, и расчеты показали, что именно эта плоскость обладает наименьшей истинной поверхностной энергией. Таким образом, у* как бы «направляет» процесс хрупкого разрушения, ориентирует трещину в кристаллической решетке, а ур,
...
Значит, есть плоскости в кристалле, по которым он раскалывается сравнительно легко, если привести его в хрупкое состояние, например, охладив до низкой тем­пературы. В предельном случае при хрупком разруше­нии кристалла в изломе обнажится определенная атом­ная плоскость — плоскость скола — и мы получим со­вершенно идеальное зеркало.
...
В металлах, даже самых хрупких, вид излома далек от этого идеала по уже известной нам причине — поверх­ность разрушения «испорчена» пластической Деформа­цией. В сильный микроскоп мы увидим на ней ступеньки, впадины, бугорки и т. п. Рельеф поверхности излома может быть достаточно пологим, но это все же не идеаль­ная атомная плоскость. Конечно, такой излом блестит, но зеркало это — «мутноватое». Излом, полученный в ре­зультате вязкого разрушения металла вообще не блестит; он матовый, хорошо рассеивает свет, так как поверх­ность его неизмеримо рельефнее, гораздо сильнее «испор­чена» деформацией. Что касается стекла, то, как мы знаем, его легко «заморозить» и получить идеально хрупкое разрушение. Именно поэтому его так любил Гриффите. Но стекло — аморфный материал: оно не имеет кристаллической решетки, его атомы не образуют таких правильных построений, как атомы кристаллов. Следовательно, само понятие «атомная плоскость» здесь неприменимо. Поверхность хрупкого разрушения стекла, конечно, блестит, но далеко не так, как блестят брил­лианты.
...
Вот мы и подошли ко второму вопросу, который по­ставили в начале этой главы. Почему сияет грань алмаза? Это, конечно, определяется его оптическими свойствами. Но здесь, важно и еще одно обстоятельство. Алмаз — вещество кристаллическое, но гораздо более хрупкое, чем самый хрупкий металл. Дело в том, что ковалентная
...
кристаллографической плоскости в решетке. Зти плоско­сти называют «плоскостями скола». Например, кристаллы с ОЦК решеткой раскалываются по плоскости грани куба, и расчеты показали, что именно эта плоскость обладает наименьшей истинной поверхностной энергией. Таким образом, у* как бы «направляет» процесс хрупкого разрушения, ориентирует трещину в кристаллической решетке, а ур,
...
Значит, есть плоскости в кристалле, по которым он раскалывается сравнительно легко, если привести его в хрупкое состояние, например, охладив до низкой тем­пературы. В предельном случае при хрупком разруше­нии кристалла в изломе обнажится определенная атом­ная плоскость — плоскость скола — и мы получим со­вершенно идеальное зеркало.
...
В металлах, даже самых хрупких, вид излома далек от этого идеала по уже известной нам причине — поверх­ность разрушения «испорчена» пластической Деформа­цией. В сильный микроскоп мы увидим на ней ступеньки, впадины, бугорки и т. п. Рельеф поверхности излома может быть достаточно пологим, но это все же не идеаль­ная атомная плоскость. Конечно, такой излом блестит, но зеркало это — «мутноватое». Излом, полученный в ре­зультате вязкого разрушения металла вообще не блестит; он матовый, хорошо рассеивает свет, так как поверх­ность его неизмеримо рельефнее, гораздо сильнее «испор­чена» деформацией. Что касается стекла, то, как мы знаем, его легко «заморозить» и получить идеально хрупкое разрушение. Именно поэтому его так любил Гриффите. Но стекло — аморфный материал: оно не имеет кристаллической решетки, его атомы не образуют таких правильных построений, как атомы кристаллов. Следовательно, само понятие «атомная плоскость» здесь неприменимо. Поверхность хрупкого разрушения стекла, конечно, блестит, но далеко не так, как блестят брил­лианты.
...
Вот мы и подошли ко второму вопросу, который по­ставили в начале этой главы. Почему сияет грань алмаза? Это, конечно, определяется его оптическими свойствами. Но здесь, важно и еще одно обстоятельство. Алмаз — вещество кристаллическое, но гораздо более хрупкое, чем самый хрупкий металл. Дело в том, что ковалентная
...
кристаллографической плоскости в решетке. Зти плоско­сти называют «плоскостями скола». Например, кристаллы с ОЦК решеткой раскалываются по плоскости грани куба, и расчеты показали, что именно эта плоскость обладает наименьшей истинной поверхностной энергией. Таким образом, у* как бы «направляет» процесс хрупкого разрушения, ориентирует трещину в кристаллической решетке, а ур,
...
связь, объединяющая атомы в решетке алмаза имеет строгую направленность, она далеко не так гибка, как в ДРУГИХ веществах. Если мы вспомним механизм пере­мещения дислокаций в кристаллической решетке (рис. 42), то будет видно, что он требует значительных угловых смещении атомов относительно соседнего атом­ного слоя (хотя все это и происходит в малом объеме — вблизи края лишней полуплоскости). Ковалентная связь в алмазе не может выдержать таких деформаций, по­этому движение дислокаций в решетке алмаза практи­чески исключено. Вот почему алмаз тверже всех метал­лов и всех существующих на Земле минералов, вот по­чему алмаз может резать все, что угодно, а его ничем разрезать или даже поцарапать нельзя.
...
Однако, если нельзя разрезать, то можно расколоть, так как чем тверже материал, тем он обычно более хру­пок. Задача ювелира — правильно найти плоскость скола и точно нанести удар. И тогда обнажившаяся грань ал­маза будет сиять, как вечные снега Кавказа, поверхность которых, отшлифованная ветром времени, хорошо отра­жает солнечные лучи.
...
связь, объединяющая атомы в решетке алмаза имеет строгую направленность, она далеко не так гибка, как в ДРУГИХ веществах. Если мы вспомним механизм пере­мещения дислокаций в кристаллической решетке (рис. 42), то будет видно, что он требует значительных угловых смещении атомов относительно соседнего атом­ного слоя (хотя все это и происходит в малом объеме — вблизи края лишней полуплоскости). Ковалентная связь в алмазе не может выдержать таких деформаций, по­этому движение дислокаций в решетке алмаза практи­чески исключено. Вот почему алмаз тверже всех метал­лов и всех существующих на Земле минералов, вот по­чему алмаз может резать все, что угодно, а его ничем разрезать или даже поцарапать нельзя.
...
Однако, если нельзя разрезать, то можно расколоть, так как чем тверже материал, тем он обычно более хру­пок. Задача ювелира — правильно найти плоскость скола и точно нанести удар. И тогда обнажившаяся грань ал­маза будет сиять, как вечные снега Кавказа, поверхность которых, отшлифованная ветром времени, хорошо отра­жает солнечные лучи.
...
связь, объединяющая атомы в решетке алмаза имеет строгую направленность, она далеко не так гибка, как в ДРУГИХ веществах. Если мы вспомним механизм пере­мещения дислокаций в кристаллической решетке (рис. 42), то будет видно, что он требует значительных угловых смещении атомов относительно соседнего атом­ного слоя (хотя все это и происходит в малом объеме — вблизи края лишней полуплоскости). Ковалентная связь в алмазе не может выдержать таких деформаций, по­этому движение дислокаций в решетке алмаза практи­чески исключено. Вот почему алмаз тверже всех метал­лов и всех существующих на Земле минералов, вот по­чему алмаз может резать все, что угодно, а его ничем разрезать или даже поцарапать нельзя.
...
Однако, если нельзя разрезать, то можно расколоть, так как чем тверже материал, тем он обычно более хру­пок. Задача ювелира — правильно найти плоскость скола и точно нанести удар. И тогда обнажившаяся грань ал­маза будет сиять, как вечные снега Кавказа, поверхность которых, отшлифованная ветром времени, хорошо отра­жает солнечные лучи.
...
Теперь, когда читатель знает, в чем при­чина низкой реальной прочности металлов, у него может возникнуть вопрос о возможности ее резкого увеличе­ния. Действительно, известно, чем обычно ограничена величина предельной упругой или пластической деформа­ции, но ведь есть сверхупругость и сверхпластичность. Почему бы не быть сверхпрочности?
...
Разговор об этом уже был и сейчас нам предстоит его продолжить. Вначале наметим пути получения сверх­прочных материалов и вернемся для этого к опытам А. Гриффитса. До своего «изгнания» из лаборатории (а позже Гриффите стал известным конструктором авиа­ционных двигателей) он успел установить интересную закономерность: чем тоньше стеклянные волокна, тем выше их прочность на разрыв, т. е. напряжение (конечно, не нагр узка), которое они могутвыдержать. Гриф­фите утонял волокна, нагревая их той самой злополучной горелкой и оттягивая их концы. В результате ему удалось получить образцы диа­метром 2,5 мкм, и их прочность составила 3500 МПа, тогда как прочность обычного стекла («окон­ной толщины») — около 100 МПа. Поскольку довольно строго соблю-далась обратно пропорциональная Рис. 87. 
...
диаметром образцов, Гриффите по­считал, что он вправе экстраполировать эту зависимость в область очень малых диаметров волокон. Получилось, что такая «паутина» должна была бы иметь прочность более 10* МПа. Эта экспериментальная оценка хорошо совпадает с теоретической, так как модуль Юнга стекла 7-104 МПа.
...
В дальнейшем удалось получить волокна диаметром 1 мкм и менее, и значения их прочности хорошо уклады­вались на продолжение экспериментальной кривой Гриф­фитса. Пример показан на рис. 87. Взяв циркуль и ли­нейку, можно легко убедиться в том, что деформация наружных слоев этой стеклянной нити превышает 7 %, причем эта деформация упругая. Нить полностью рас-
...
Теперь, когда читатель знает, в чем при­чина низкой реальной прочности металлов, у него может возникнуть вопрос о возможности ее резкого увеличе­ния. Действительно, известно, чем обычно ограничена величина предельной упругой или пластической деформа­ции, но ведь есть сверхупругость и сверхпластичность. Почему бы не быть сверхпрочности?
...
Разговор об этом уже был и сейчас нам предстоит его продолжить. Вначале наметим пути получения сверх­прочных материалов и вернемся для этого к опытам А. Гриффитса. До своего «изгнания» из лаборатории (а позже Гриффите стал известным конструктором авиа­ционных двигателей) он успел установить интересную закономерность: чем тоньше стеклянные волокна, тем выше их прочность на разрыв, т. е. напряжение (конечно, не нагр узка), которое они могутвыдержать. Гриф­фите утонял волокна, нагревая их той самой злополучной горелкой и оттягивая их концы. В результате ему удалось получить образцы диа­метром 2,5 мкм, и их прочность составила 3500 МПа, тогда как прочность обычного стекла («окон­ной толщины») — около 100 МПа. Поскольку довольно строго соблю-далась обратно пропорциональная Рис. 87. 
...
прямляется, если отпустить ее концы. Тогда," пользуясь законом Гука, можно оценить, что напряжение на по­верхности нити более 5 • 103 МПа. Дж. Гордон (автор замечательной книжки «Почему мы не проваливаемся сквозь пол?») сообщает, что позже были получены стек­лянные нити с прочностью более 104 МПа, так что прог­ноз Гриффитса снова подтвердился.
...
Анализируя свои результаты, Гриффите понял, что с уменьшением диаметра волокон снижается вероятность появления в них дефектов опасного размера. В дальней­шем это положение получило строгое обоснование.
...
Итак, первый путь к сверхпрочности — это уменьше­ние площади сечения материала. Не будем, однако, за­бывать, что в конечном счете нам важна обычно не проч­ность материала, а нагрузка, которую он может выдер­жать. Значит, мы можем резко усилить конструкцию указанным путем, если сохраним площадь ее попереч­ного сечения. Канат, сделанный из тонких проволочек,
...
прямляется, если отпустить ее концы. Тогда," пользуясь законом Гука, можно оценить, что напряжение на по­верхности нити более 5 • 103 МПа. Дж. Гордон (автор замечательной книжки «Почему мы не проваливаемся сквозь пол?») сообщает, что позже были получены стек­лянные нити с прочностью более 104 МПа, так что прог­ноз Гриффитса снова подтвердился.
...
Анализируя свои результаты, Гриффите понял, что с уменьшением диаметра волокон снижается вероятность появления в них дефектов опасного размера. В дальней­шем это положение получило строгое обоснование.
...
Итак, первый путь к сверхпрочности — это уменьше­ние площади сечения материала. Не будем, однако, за­бывать, что в конечном счете нам важна обычно не проч­ность материала, а нагрузка, которую он может выдер­жать. Значит, мы можем резко усилить конструкцию указанным путем, если сохраним площадь ее попереч­ного сечения. Канат, сделанный из тонких проволочек,
...
прямляется, если отпустить ее концы. Тогда," пользуясь законом Гука, можно оценить, что напряжение на по­верхности нити более 5 • 103 МПа. Дж. Гордон (автор замечательной книжки «Почему мы не проваливаемся сквозь пол?») сообщает, что позже были получены стек­лянные нити с прочностью более 104 МПа, так что прог­ноз Гриффитса снова подтвердился.
...
Анализируя свои результаты, Гриффите понял, что с уменьшением диаметра волокон снижается вероятность появления в них дефектов опасного размера. В дальней­шем это положение получило строгое обоснование.
...
Другой путь связан с улучшением состояния поверх­ности материала, поскольку на поверхности всегда есть неровности, царапины и другие дефекты, вызывающие концентрацию напряжений. К чему ведет концентрация напряжений, нам уже известно. На важнейшую роль поверхности в разрушении прямо указал своим класси­ческим экспериментом один из основателей советской школы физиков академик А. Ф. Иоффе. В 1924 г. он об­наружил эффект резкого увеличения прочности кристалла
...
каменной соли при испытании его под водой. Этот эф­фект так и называют — эффект Иоффе. Если в воду погружали часть кристалла, то она, естественно, станови­лась тоньше из-за растворения, но при нагружении кри­сталл разрушался по толстой (сухой) части, хотя ее се­чение могло быть больше в десятки и даже сотни раз. Мокрая часть кристалла обнаруживала прочность, близ­кую к теоретической.
...
Другой путь связан с улучшением состояния поверх­ности материала, поскольку на поверхности всегда есть неровности, царапины и другие дефекты, вызывающие концентрацию напряжений. К чему ведет концентрация напряжений, нам уже известно. На важнейшую роль поверхности в разрушении прямо указал своим класси­ческим экспериментом один из основателей советской школы физиков академик А. Ф. Иоффе. В 1924 г. он об­наружил эффект резкого увеличения прочности кристалла
...
каменной соли при испытании его под водой. Этот эф­фект так и называют — эффект Иоффе. Если в воду погружали часть кристалла, то она, естественно, станови­лась тоньше из-за растворения, но при нагружении кри­сталл разрушался по толстой (сухой) части, хотя ее се­чение могло быть больше в десятки и даже сотни раз. Мокрая часть кристалла обнаруживала прочность, близ­кую к теоретической.
...
Другой путь связан с улучшением состояния поверх­ности материала, поскольку на поверхности всегда есть неровности, царапины и другие дефекты, вызывающие концентрацию напряжений. К чему ведет концентрация напряжений, нам уже известно. На важнейшую роль поверхности в разрушении прямо указал своим класси­ческим экспериментом один из основателей советской школы физиков академик А. Ф. Иоффе. В 1924 г. он об­наружил эффект резкого увеличения прочности кристалла
...
Причина этого эффекта, вызвавшего в то время огром­ный интерес физиков и инженеров, состоит в том, что вода растворяет даже малейшие неровности на поверх­ности кристалла, делая ее идеально гладкой. Одного этого оказалось достаточно, чтобы приблизиться к пре­дельным значениям прочности на разрыв.
...
Но вернемся от стекла и каменной соли к металлам. Ведь про каменную соль можно сказать примерно то же, что и про алмаз. Хотя ионная связь, объединяющая ионы натрия и хлора в кристаллической решетке соли не имеет такой строгой направленности, как ковалент­ная, но она далеко не так гибка, как металлическая. Дислокационный механизм пластической деформации в ионных кристал пах реализуется с большим трудом, и многие из них почти так же хрупки, как ковалентные.
...
В металлических кристаллах дислокации подвижны, н в этом причина высокой пластичности металлов. Дви­жение дислокаций можно затруднить, но металл все равно не будет таким хрупким, как алмаз или соль, потому что полностью блокировать дислокации не уда­ется. С другой стороны, дислокации могут сами порож­дать трещины, что видно, например, из рис. 46. Когда две дислокации одного знака соединяются вместе, то под краем двух лишних полуплоскостей есть уже маленькая трещинка. Третья дислокация увеличит размер этой по­лости и т. д.
...
Напрашивается вывод: приблизиться к теоретической прочности металлических кристаллов можно только в том случае, если в них совсем или почти совсем не будет ди-
...
Причина этого эффекта, вызвавшего в то время огром­ный интерес физиков и инженеров, состоит в том, что вода растворяет даже малейшие неровности на поверх­ности кристалла, делая ее идеально гладкой. Одного этого оказалось достаточно, чтобы приблизиться к пре­дельным значениям прочности на разрыв.
...
Но вернемся от стекла и каменной соли к металлам. Ведь про каменную соль можно сказать примерно то же, что и про алмаз. Хотя ионная связь, объединяющая ионы натрия и хлора в кристаллической решетке соли не имеет такой строгой направленности, как ковалент­ная, но она далеко не так гибка, как металлическая. Дислокационный механизм пластической деформации в ионных кристал пах реализуется с большим трудом, и многие из них почти так же хрупки, как ковалентные.
...
В металлических кристаллах дислокации подвижны, н в этом причина высокой пластичности металлов. Дви­жение дислокаций можно затруднить, но металл все равно не будет таким хрупким, как алмаз или соль, потому что полностью блокировать дислокации не уда­ется. С другой стороны, дислокации могут сами порож­дать трещины, что видно, например, из рис. 46. Когда две дислокации одного знака соединяются вместе, то под краем двух лишних полуплоскостей есть уже маленькая трещинка. Третья дислокация увеличит размер этой по­лости и т. д.
...
Напрашивается вывод: приблизиться к теоретической прочности металлических кристаллов можно только в том случае, если в них совсем или почти совсем не будет ди-
...
Причина этого эффекта, вызвавшего в то время огром­ный интерес физиков и инженеров, состоит в том, что вода растворяет даже малейшие неровности на поверх­ности кристалла, делая ее идеально гладкой. Одного этого оказалось достаточно, чтобы приблизиться к пре­дельным значениям прочности на разрыв.
...
слокаций. Как это сделать? Здесь на помощь человеку пришла сама природа. Именно в естественных условиях образовались очень тонкие кристаллики различных ве­ществ, которые давно уже встречались людям в мине­ралах, на стенах пещер и пр. Интерес к этим кристаллам усилился, когда они начали приносить вред, вызывая замыкания в разного рода радио- и электроаппаратуре. Оказалось, что нитевидные металлические кристаллы — их назвали усами —■ могут медленно расти на поверх­ности гальванических покрытий, достигая иногда не­скольких сантиметров в длину. Диаметр их обычно со­ставляет 1—2 мкм (рис. 90). И лишь 30 лет назад выясни­лось, что металлические усы способны выдерживать не­бывалую по величине упругую деформацию — несколько процентов, а прочность их близка к теоретической.
...
Пришлось учиться выращивать усы в лабораториях, учиться управлять процессом их роста, ускорять его, поскольку в естественных условиях он длится месяцы и годы. Нужно было создавать и особые испытательные микромашины для исследования механических свойств объектов такого малого размера. Но усилия ученых были
...
вознаграждены. В настоящее время получены усы мно­гих металлов, металлоидов и различных соединений, выяснена причина их необычайно высокой прочности п
...
слокаций. Как это сделать? Здесь на помощь человеку пришла сама природа. Именно в естественных условиях образовались очень тонкие кристаллики различных ве­ществ, которые давно уже встречались людям в мине­ралах, на стенах пещер и пр. Интерес к этим кристаллам усилился, когда они начали приносить вред, вызывая замыкания в разного рода радио- и электроаппаратуре. Оказалось, что нитевидные металлические кристаллы — их назвали усами —■ могут медленно расти на поверх­ности гальванических покрытий, достигая иногда не­скольких сантиметров в длину. Диаметр их обычно со­ставляет 1—2 мкм (рис. 90). И лишь 30 лет назад выясни­лось, что металлические усы способны выдерживать не­бывалую по величине упругую деформацию — несколько процентов, а прочность их близка к теоретической.
...
Пришлось учиться выращивать усы в лабораториях, учиться управлять процессом их роста, ускорять его, поскольку в естественных условиях он длится месяцы и годы. Нужно было создавать и особые испытательные микромашины для исследования механических свойств объектов такого малого размера. Но усилия ученых были
...
вознаграждены. В настоящее время получены усы мно­гих металлов, металлоидов и различных соединений, выяснена причина их необычайно высокой прочности п
...
слокаций. Как это сделать? Здесь на помощь человеку пришла сама природа. Именно в естественных условиях образовались очень тонкие кристаллики различных ве­ществ, которые давно уже встречались людям в мине­ралах, на стенах пещер и пр. Интерес к этим кристаллам усилился, когда они начали приносить вред, вызывая замыкания в разного рода радио- и электроаппаратуре. Оказалось, что нитевидные металлические кристаллы — их назвали усами —■ могут медленно расти на поверх­ности гальванических покрытий, достигая иногда не­скольких сантиметров в длину. Диаметр их обычно со­ставляет 1—2 мкм (рис. 90). И лишь 30 лет назад выясни­лось, что металлические усы способны выдерживать не­бывалую по величине упругую деформацию — несколько процентов, а прочность их близка к теоретической.
...
Что касается металлических усов, то их высочайшая прочность (например, 1,4-104 МПа для железа) обус­ловлена одновременным действием всех трех рассмотрен­ных нами факторов: они имеют очень малое сечение (порядка 1
...
Мы уже упоминали эти термины, почерпну­тые, как н многие другие, из обыденной жизни человека. Если металл напрягается, течет, забывает, вспоминает, поет, молчит и т. д., то он может, конечно, и уставать. Коротко рассмотрим это явление — усталость металлов-^ и заодно поговорим о том, как их живучесть помогает хотя бы отчасти преодолевать усталость.
...
Еще в эпоху гужевого транспорта люди замечали, что на осях почтовых карет после длительного пробега по­являлись мелкие трещины, которые, постепенно разра­стаясь, приводили к их разрушению. С появлением же-
...
Что касается металлических усов, то их высочайшая прочность (например, 1,4-104 МПа для железа) обус­ловлена одновременным действием всех трех рассмотрен­ных нами факторов: они имеют очень малое сечение (порядка 1
...
Мы уже упоминали эти термины, почерпну­тые, как н многие другие, из обыденной жизни человека. Если металл напрягается, течет, забывает, вспоминает, поет, молчит и т. д., то он может, конечно, и уставать. Коротко рассмотрим это явление — усталость металлов-^ и заодно поговорим о том, как их живучесть помогает хотя бы отчасти преодолевать усталость.
...
Еще в эпоху гужевого транспорта люди замечали, что на осях почтовых карет после длительного пробега по­являлись мелкие трещины, которые, постепенно разра­стаясь, приводили к их разрушению. С появлением же-
...
лезных дорог это явление превратилось в важнейшую техническую проблему и получило свое современное наименование — усталость. Оно заключается в постепен­ном накоплении повреждений и росте трещин под дей­ствием циклически изменяющейся нагрузки. Если какая-либо деталь испытывает постоянную изгибающую на­грузку и при этом вращается, то напряжение на ее по­верхности за время одного полного оборота успевает дважды изменить знак. В нижней точке изогнутого вала (рис. 93) напряжение в данный момент растягивающее, но вскоре эта точка окажется наверху и попадет в зону сжимающих напряжений и т. д. Таких деталей вокруг нас — миллионы. К ним относится и упомянутый в на­чале книги коленчатый вал двигателя, железнодорожные оси, нагруженные весом вагона, рельсы, по которым едут вагоны, и многие-многие другие.
...
Мы не случайно ведем речь о железнодорожном тран­спорте — примеры, которые мы рассмотрим, близки каж­дому читателю, потому что все мы в большей или мень­шей степени пассажиры и каждому хочется добраться до станции назначения живым и невредимым. Эти примеры подсказал нам один знакомый железнодорожник — круп­ный специалист в области рельсовых сталей, повидавший и расследовавший много аварий на железной дороге. i
...
Особая опасность явления усталости в том, что заклю! чительный этап разрушения обычно подкрадывается не­заметно: не возникает ни значительных остаточных де­формаций, ни каких-либо других внешних признаков приближающейся агонии материала. При этом сам уро­вень напряжений, вызывающих усталость металлов, очень невысок; разрушение может наступить после опре­деленного числа циклов воздействия такого напряжения, •которое в 3—4 раза меньше обычного предела прочности (т. е. разрушающего напряжения, определенного при однократном нагружении материала).
...
лезных дорог это явление превратилось в важнейшую техническую проблему и получило свое современное наименование — усталость. Оно заключается в постепен­ном накоплении повреждений и росте трещин под дей­ствием циклически изменяющейся нагрузки. Если какая-либо деталь испытывает постоянную изгибающую на­грузку и при этом вращается, то напряжение на ее по­верхности за время одного полного оборота успевает дважды изменить знак. В нижней точке изогнутого вала (рис. 93) напряжение в данный момент растягивающее, но вскоре эта точка окажется наверху и попадет в зону сжимающих напряжений и т. д. Таких деталей вокруг нас — миллионы. К ним относится и упомянутый в на­чале книги коленчатый вал двигателя, железнодорожные оси, нагруженные весом вагона, рельсы, по которым едут вагоны, и многие-многие другие.
...
Мы не случайно ведем речь о железнодорожном тран­спорте — примеры, которые мы рассмотрим, близки каж­дому читателю, потому что все мы в большей или мень­шей степени пассажиры и каждому хочется добраться до станции назначения живым и невредимым. Эти примеры подсказал нам один знакомый железнодорожник — круп­ный специалист в области рельсовых сталей, повидавший и расследовавший много аварий на железной дороге. i
...
Особая опасность явления усталости в том, что заклю! чительный этап разрушения обычно подкрадывается не­заметно: не возникает ни значительных остаточных де­формаций, ни каких-либо других внешних признаков приближающейся агонии материала. При этом сам уро­вень напряжений, вызывающих усталость металлов, очень невысок; разрушение может наступить после опре­деленного числа циклов воздействия такого напряжения, •которое в 3—4 раза меньше обычного предела прочности (т. е. разрушающего напряжения, определенного при однократном нагружении материала).
...
лезных дорог это явление превратилось в важнейшую техническую проблему и получило свое современное наименование — усталость. Оно заключается в постепен­ном накоплении повреждений и росте трещин под дей­ствием циклически изменяющейся нагрузки. Если какая-либо деталь испытывает постоянную изгибающую на­грузку и при этом вращается, то напряжение на ее по­верхности за время одного полного оборота успевает дважды изменить знак. В нижней точке изогнутого вала (рис. 93) напряжение в данный момент растягивающее, но вскоре эта точка окажется наверху и попадет в зону сжимающих напряжений и т. д. Таких деталей вокруг нас — миллионы. К ним относится и упомянутый в на­чале книги коленчатый вал двигателя, железнодорожные оси, нагруженные весом вагона, рельсы, по которым едут вагоны, и многие-многие другие.
...
Появление усталостных трещин обусловлено движе­нием и постепенным накоплением дислокаций вблизи поверхности изделий. Этот процесс пластической дефор­мации охватывает не весь объем материала (для этого нужно, чтобы напряжение превосходило предел упру­гости), а сосредоточен в самых слабых точках детали — там, где есть острые углы, отверстия или другие концент­раторы напряжения. С появлением трещины она сама становится эффективным концентратором напряжения и растет с увеличивающейся скоростью, так как чем она длиннее, тем выше концентрированное напряжение скоии у ее вершины. Постепенный рост трещины приводит к тому, что рано или поздно начинает выполняться уже из­вестное нам гриффитсовское соотношение. За этим кри­тическим моментом наступает быстрое окончательное разрушение, которое происходит за один или несколько последующих циклов — рельс «лопается».
...
Полный срок службы изделия можно разделить на две части: время до появления трещины такого размера, которую уже можно обнаружить каким-либо методом, и время от этого момента до окончательного разрушения. К счастью, второе слагаемое часто бывает достаточно большим. Соотношение между этими двумя составляю­щими полной долговечности изделия зависит от свойств самого материала и от многих внешних факторов, но чаще всего второй период растягивается на десятки и сотни тысяч циклов.
...
Способность материала работать при наличии расту­щей в нем трещины называется живучестью. Конечно, точная продолжительность периода живучести опреде­ляется чувствительностью того метода, который мы будем применять при обнаружении трещин, поэтому этот во­прос обычно переходит в практическую плоскость.
...
Приведем наглядный пример, показывающий, что живучесть имеет решающее значение для характеристики надежности таких изделий, которые можно периодически подвергать дефектоскопическому контролю и изымать из эксплуатации при обнаружении в них трещин (рис. 94). На рисунке показана зависимость дайны усталостной трещины в трех разных материалах от числа циклов на-гружения (или от времени, если известна частота изме­нения нагрузки). Штриховые вертикальные линии на диаграмме характеризуют периодичность контроля, го­ризонтальная линия /„ — разрешающую способность дан-
...
Появление усталостных трещин обусловлено движе­нием и постепенным накоплением дислокаций вблизи поверхности изделий. Этот процесс пластической дефор­мации охватывает не весь объем материала (для этого нужно, чтобы напряжение превосходило предел упру­гости), а сосредоточен в самых слабых точках детали — там, где есть острые углы, отверстия или другие концент­раторы напряжения. С появлением трещины она сама становится эффективным концентратором напряжения и растет с увеличивающейся скоростью, так как чем она длиннее, тем выше концентрированное напряжение скоии у ее вершины. Постепенный рост трещины приводит к тому, что рано или поздно начинает выполняться уже из­вестное нам гриффитсовское соотношение. За этим кри­тическим моментом наступает быстрое окончательное разрушение, которое происходит за один или несколько последующих циклов — рельс «лопается».
...
Полный срок службы изделия можно разделить на две части: время до появления трещины такого размера, которую уже можно обнаружить каким-либо методом, и время от этого момента до окончательного разрушения. К счастью, второе слагаемое часто бывает достаточно большим. Соотношение между этими двумя составляю­щими полной долговечности изделия зависит от свойств самого материала и от многих внешних факторов, но чаще всего второй период растягивается на десятки и сотни тысяч циклов.
...
Способность материала работать при наличии расту­щей в нем трещины называется живучестью. Конечно, точная продолжительность периода живучести опреде­ляется чувствительностью того метода, который мы будем применять при обнаружении трещин, поэтому этот во­прос обычно переходит в практическую плоскость.
...
Приведем наглядный пример, показывающий, что живучесть имеет решающее значение для характеристики надежности таких изделий, которые можно периодически подвергать дефектоскопическому контролю и изымать из эксплуатации при обнаружении в них трещин (рис. 94). На рисунке показана зависимость дайны усталостной трещины в трех разных материалах от числа циклов на-гружения (или от времени, если известна частота изме­нения нагрузки). Штриховые вертикальные линии на диаграмме характеризуют периодичность контроля, го­ризонтальная линия /„ — разрешающую способность дан-
...
Появление усталостных трещин обусловлено движе­нием и постепенным накоплением дислокаций вблизи поверхности изделий. Этот процесс пластической дефор­мации охватывает не весь объем материала (для этого нужно, чтобы напряжение превосходило предел упру­гости), а сосредоточен в самых слабых точках детали — там, где есть острые углы, отверстия или другие концент­раторы напряжения. С появлением трещины она сама становится эффективным концентратором напряжения и растет с увеличивающейся скоростью, так как чем она длиннее, тем выше концентрированное напряжение скоии у ее вершины. Постепенный рост трещины приводит к тому, что рано или поздно начинает выполняться уже из­вестное нам гриффитсовское соотношение. За этим кри­тическим моментом наступает быстрое окончательное разрушение, которое происходит за один или несколько последующих циклов — рельс «лопается».
...
ного метода дефектоскопии. Положение этих линий на диаграмме часто не просто зависит от нашего желания, а определяется требованиями жизни*
...
На железной дороге конкретное воплощение этой си­туации каждый пассажир может наблюдать из окна своего купе. Многие, вероятно, видели стоящие на путях ва­гоны-дефектоскопы, но пока еще контроль рельсов в ос­новном осуществляется вручную. Если вы много путе­шествуете по железной дороге, то, возможно, видели и такую картину: вдоль пути движется рабочий в науш­никах, толкая перед собой тележку на колесах, везущую
...
ного метода дефектоскопии. Положение этих линий на диаграмме часто не просто зависит от нашего желания, а определяется требованиями жизни*
...
На железной дороге конкретное воплощение этой си­туации каждый пассажир может наблюдать из окна своего купе. Многие, вероятно, видели стоящие на путях ва­гоны-дефектоскопы, но пока еще контроль рельсов в ос­новном осуществляется вручную. Если вы много путе­шествуете по железной дороге, то, возможно, видели и такую картину: вдоль пути движется рабочий в науш­никах, толкая перед собой тележку на колесах, везущую
...
ного метода дефектоскопии. Положение этих линий на диаграмме часто не просто зависит от нашего желания, а определяется требованиями жизни*
...
На железной дороге конкретное воплощение этой си­туации каждый пассажир может наблюдать из окна своего купе. Многие, вероятно, видели стоящие на путях ва­гоны-дефектоскопы, но пока еще контроль рельсов в ос­новном осуществляется вручную. Если вы много путе­шествуете по железной дороге, то, возможно, видели и такую картину: вдоль пути движется рабочий в науш­никах, толкая перед собой тележку на колесах, везущую
...
ультразвуковой дефектоскоп. Он обходит свой участок дороги 1 раз в 10 дней, и если ему попадется трещина в рельсе размером больше копеечной монеты, в науш­никах прозвучит предостерегающий сигнал. Рельс будет заменен новым — и угроза катастрофы миновала. По­вышение чувствительности дефектоскопа — задача тех­нически разрешимая, но это привело бы к замедлению процесса контроля или сделало бы аппаратуру более гро­моздкой, так что обходчик уже не смог бы действовать в одиночку. Можно и чаще делать проверки, но ведь надо когда-то пропускать и сами поезда и, кроме того, воз­можное число обходчиков не беспредельно. Чтобы можно было представить себе масштабы всей этой работы, назо­вем некоторые цифры. Протяженность железных дорог в СССР 140 тысяч километров, причем она растет с каж­дым годом. Каждая дорога состоит, как минимум, из двух линий рельсов. Длина одного участка рельса 25 м, а масса одного метра в среднем 65 кг. Ежегодно надо около 40 раз проконтролировать каждую точку каждого рельса. И ежегодно, ради нашей безопасности, изымаются из эксплуатации примерно 240 тысяч рельсов, т. е. около полумиллиона тонн стали.
...
Теперь вернемся к нашим трем материалам, из кото­рых первые два, предположим, имеют одинаковую кри­тическую длину трещины При достижении этой длины и при заданном рабочем напряжении будет выполнено соотношение Гриффитса, и произойдет катастрофически быстрое разрушение, которое уже нельзя будет предот­вратить. В материалах с одинаковой /кр, т. е. с одинако­вой склонностью к хрупкому разрушению, усталостные трещины могут расти с существенно разными скоростями. Так и в нашем случае материал 2
...
Ясно, какой из этих двух материалов будет более надежным. Ведь обходчик — это живой человек, кото­рый может быть в плохой форме или отвлечься в непод­ходящий момент и т. д. Даже если предположить самое худшее, дефектный рельс из второго материала будет заменен, прежде чем трещина достигнет критического раз­мера (примерно — с металлический рубль) и произойдет непоправимое. То, что наверняка можно сделать с пятой попытки, не всегда делается со второй!
...
ультразвуковой дефектоскоп. Он обходит свой участок дороги 1 раз в 10 дней, и если ему попадется трещина в рельсе размером больше копеечной монеты, в науш­никах прозвучит предостерегающий сигнал. Рельс будет заменен новым — и угроза катастрофы миновала. По­вышение чувствительности дефектоскопа — задача тех­нически разрешимая, но это привело бы к замедлению процесса контроля или сделало бы аппаратуру более гро­моздкой, так что обходчик уже не смог бы действовать в одиночку. Можно и чаще делать проверки, но ведь надо когда-то пропускать и сами поезда и, кроме того, воз­можное число обходчиков не беспредельно. Чтобы можно было представить себе масштабы всей этой работы, назо­вем некоторые цифры. Протяженность железных дорог в СССР 140 тысяч километров, причем она растет с каж­дым годом. Каждая дорога состоит, как минимум, из двух линий рельсов. Длина одного участка рельса 25 м, а масса одного метра в среднем 65 кг. Ежегодно надо около 40 раз проконтролировать каждую точку каждого рельса. И ежегодно, ради нашей безопасности, изымаются из эксплуатации примерно 240 тысяч рельсов, т. е. около полумиллиона тонн стали.
...
Теперь вернемся к нашим трем материалам, из кото­рых первые два, предположим, имеют одинаковую кри­тическую длину трещины При достижении этой длины и при заданном рабочем напряжении будет выполнено соотношение Гриффитса, и произойдет катастрофически быстрое разрушение, которое уже нельзя будет предот­вратить. В материалах с одинаковой /кр, т. е. с одинако­вой склонностью к хрупкому разрушению, усталостные трещины могут расти с существенно разными скоростями. Так и в нашем случае материал 2
...
Ясно, какой из этих двух материалов будет более надежным. Ведь обходчик — это живой человек, кото­рый может быть в плохой форме или отвлечься в непод­ходящий момент и т. д. Даже если предположить самое худшее, дефектный рельс из второго материала будет заменен, прежде чем трещина достигнет критического раз­мера (примерно — с металлический рубль) и произойдет непоправимое. То, что наверняка можно сделать с пятой попытки, не всегда делается со второй!
...
ультразвуковой дефектоскоп. Он обходит свой участок дороги 1 раз в 10 дней, и если ему попадется трещина в рельсе размером больше копеечной монеты, в науш­никах прозвучит предостерегающий сигнал. Рельс будет заменен новым — и угроза катастрофы миновала. По­вышение чувствительности дефектоскопа — задача тех­нически разрешимая, но это привело бы к замедлению процесса контроля или сделало бы аппаратуру более гро­моздкой, так что обходчик уже не смог бы действовать в одиночку. Можно и чаще делать проверки, но ведь надо когда-то пропускать и сами поезда и, кроме того, воз­можное число обходчиков не беспредельно. Чтобы можно было представить себе масштабы всей этой работы, назо­вем некоторые цифры. Протяженность железных дорог в СССР 140 тысяч километров, причем она растет с каж­дым годом. Каждая дорога состоит, как минимум, из двух линий рельсов. Длина одного участка рельса 25 м, а масса одного метра в среднем 65 кг. Ежегодно надо около 40 раз проконтролировать каждую точку каждого рельса. И ежегодно, ради нашей безопасности, изымаются из эксплуатации примерно 240 тысяч рельсов, т. е. около полумиллиона тонн стали.
...
Все неприятности, связанные с рассмотренной ситуа­цией, на этом, к сожалению, не кончаются Если разру­шение рельса привело к аварии, то обязательно прово­дится экспертиза. Эксперты, которые анализируют строе­ние излома, структуру и свойства материала разрушен­ного рельса, должны вынести свое авторитетное заклю­чение: мог или не мог обходчик обнаружить трещину, т. е. могла ли она за 10 дней увеличить длину от / до Г1'. Если да, то виноват технолог, выпустивший рельс с не­годной живучестью. Если нет, то виноват обходчик, пропустивший трещину из-за своей невнимательности. Так иногда переплетаются юридические и физические законы.
...
Все неприятности, связанные с рассмотренной ситуа­цией, на этом, к сожалению, не кончаются Если разру­шение рельса привело к аварии, то обязательно прово­дится экспертиза. Эксперты, которые анализируют строе­ние излома, структуру и свойства материала разрушен­ного рельса, должны вынести свое авторитетное заклю­чение: мог или не мог обходчик обнаружить трещину, т. е. могла ли она за 10 дней увеличить длину от / до Г1'. Если да, то виноват технолог, выпустивший рельс с не­годной живучестью. Если нет, то виноват обходчик, пропустивший трещину из-за своей невнимательности. Так иногда переплетаются юридические и физические законы.
...
В самом начале этой книги мы выяснили, что при обычных условиях затвердевания жидкого металла его атомы образуют кристаллическую решетку того или иного типа. Строгую периодичность системы ионов назы­вают «дальним порядком». Например, при многократном повторении в пространстве той комбинации ионов, кото­рая изображена на рис. 26, в,
...
Не следует думать, что «солдаты» стоят по стойке «смирно». Атомы совершают колебательные движения около положений равновесия с тем большей амплитудой, чем выше окружающая температура. Они могут даже обмениваться местами, если в «строю» появляется ва­кантное (незаполненное) место, но при температурах, далеких от температуры плавления, такие события чрез­вычайно редки.
...
В жидком металле картина другая. Здесь больше под­ходит сравнение с большой толпой штатских людей. В толпе можно легко потерять приятеля — это сразу наводит на мысль о том, что люди в толпе обмениваются местами. Более того, если вы потеряли своего товарища из виду, то очень скоро вы вообще не сможете указать его координаты; известно точно только одно — он находится где-то в толпе.
...
Все же и в этой суматохе внимательный глаз может обнаружить некоторый порядок. В частности, вы заме­тите, что ваши ближайшие соседи периодически меняются, но их число почти всегда остается неизменным — один спереди, один сзади и двое по бокам. (Это число отно­сится к толпе «средней» плотности; вас могут сдавить и
...
В самом начале этой книги мы выяснили, что при обычных условиях затвердевания жидкого металла его атомы образуют кристаллическую решетку того или иного типа. Строгую периодичность системы ионов назы­вают «дальним порядком». Например, при многократном повторении в пространстве той комбинации ионов, кото­рая изображена на рис. 26, в,
...
Не следует думать, что «солдаты» стоят по стойке «смирно». Атомы совершают колебательные движения около положений равновесия с тем большей амплитудой, чем выше окружающая температура. Они могут даже обмениваться местами, если в «строю» появляется ва­кантное (незаполненное) место, но при температурах, далеких от температуры плавления, такие события чрез­вычайно редки.
...
В жидком металле картина другая. Здесь больше под­ходит сравнение с большой толпой штатских людей. В толпе можно легко потерять приятеля — это сразу наводит на мысль о том, что люди в толпе обмениваются местами. Более того, если вы потеряли своего товарища из виду, то очень скоро вы вообще не сможете указать его координаты; известно точно только одно — он находится где-то в толпе.
...
Возвращаясь к системе атомов, мы назовем такую ситуацию «ближним порядком». Можно довольно точно указать координаты и количество атомов, окружающих данный атом, но более далеких прогнозов делать уже нельзя.
...
В сплавах ближний порядок может проявляться еще и в стремлении атомов одного сорта окружать себя, например, атомами другого компонента сплава. Если атомы двух компонентов резко различаются по разме­рам, то маленькие атомы будут стараться расположиться в пустотах между большими атомами, так как там больше места, чем в пустотах между такими же маленькими. Значит, в ближайшем окружении крупных атомов будут преобладать маленькие и наоборот. Но поскольку пра­вильной периодичности в расположении тех и других атомов нет, точно определить положения более отдален­ных соседей мы не сможем. В идеальном случае полу­чается строгое чередование больших и малых атомов в
...
Возвращаясь к системе атомов, мы назовем такую ситуацию «ближним порядком». Можно довольно точно указать координаты и количество атомов, окружающих данный атом, но более далеких прогнозов делать уже нельзя.
...
В сплавах ближний порядок может проявляться еще и в стремлении атомов одного сорта окружать себя, например, атомами другого компонента сплава. Если атомы двух компонентов резко различаются по разме­рам, то маленькие атомы будут стараться расположиться в пустотах между большими атомами, так как там больше места, чем в пустотах между такими же маленькими. Значит, в ближайшем окружении крупных атомов будут преобладать маленькие и наоборот. Но поскольку пра­вильной периодичности в расположении тех и других атомов нет, точно определить положения более отдален­ных соседей мы не сможем. В идеальном случае полу­чается строгое чередование больших и малых атомов в
...
одинаково. Видно, что в случае ближнего порядка уже не у всех атомов одного сорта все четыре ближайших соседа являются атомами другого сорта. Но все же в ближайшем окружении большей части заштрихованных атомов преобладают незаштрихованные и наоборот.
...
При охлаждении с умеренной скоростью атомы ме­таллов и других кристаллических веществ имеют доста­точно времени, чтобы выстроиться в строгом геометриче­ском порядке. В момент достижения температуры кри­сталлизации они действуют, как бы следуя армейской команде «становись!». У таких веществ вязкость в рас­плавленном состоянии вблизи температуры затвердева­ния довольно низкая, иначе атомам трудно было бы пробраться на свои законные места в правильной решетке, создать дальний порядок.
...
Но в природе существует и другая категория веществ, которые называются аморфными. При охлаждении, когда энергия тепловых колебаний атомов становится столь низкой, что они уже не могут свободно путе­шествовать, эти вещества сохраняют структуру жидкости. Здесь может идти речь только о ближнем порядке в расположении атомов. Движение «толпы» как бы постепенно затихает, люди все менее энергично тол­кают друг друга и, наконец, застывают на своих случай­ных местах, слегка покачиваясь из стороны в сторону. На рис. 97 хорошо видна разница в строении кварца, который является веществом кристаллическим (а)
...
одинаково. Видно, что в случае ближнего порядка уже не у всех атомов одного сорта все четыре ближайших соседа являются атомами другого сорта. Но все же в ближайшем окружении большей части заштрихованных атомов преобладают незаштрихованные и наоборот.
...
При охлаждении с умеренной скоростью атомы ме­таллов и других кристаллических веществ имеют доста­точно времени, чтобы выстроиться в строгом геометриче­ском порядке. В момент достижения температуры кри­сталлизации они действуют, как бы следуя армейской команде «становись!». У таких веществ вязкость в рас­плавленном состоянии вблизи температуры затвердева­ния довольно низкая, иначе атомам трудно было бы пробраться на свои законные места в правильной решетке, создать дальний порядок.
...
Но в природе существует и другая категория веществ, которые называются аморфными. При охлаждении, когда энергия тепловых колебаний атомов становится столь низкой, что они уже не могут свободно путе­шествовать, эти вещества сохраняют структуру жидкости. Здесь может идти речь только о ближнем порядке в расположении атомов. Движение «толпы» как бы постепенно затихает, люди все менее энергично тол­кают друг друга и, наконец, застывают на своих случай­ных местах, слегка покачиваясь из стороны в сторону. На рис. 97 хорошо видна разница в строении кварца, который является веществом кристаллическим (а)
...
одинаково. Видно, что в случае ближнего порядка уже не у всех атомов одного сорта все четыре ближайших соседа являются атомами другого сорта. Но все же в ближайшем окружении большей части заштрихованных атомов преобладают незаштрихованные и наоборот.
...
тчами изображены атомы кремния, а белыми — кисло­рода. При одном и том же химическом составе (5Ю2) и одинаковом ближайшем окружении каждого атома осо­бенно отчетливо проявляется различие между дальним и ближним порядком.
...
Обычное стекло, смола, парафин, асфальт — это при­меры природно аморфных материалов, не имеющих пра­вильного кристаллического строения. Такие материалы при нагревании и охлаждении лишь изменяют свою вяз­кость, но никаких принципиальных изменений во взаим­ном расположении составляющих их атомов не проис­ходит.
...
Типичный вопрос «на засыпку»: «При какой темпера­туре плавится асфальт?» — часто задается в различных конкурсах знатоков. Правильный ответ — асфальт не имеет температуры плавления, потому что плавление есть разрушение кристаллической решетки, фазовый пе­реход от кристаллического состояния к жидкому.
...
тчами изображены атомы кремния, а белыми — кисло­рода. При одном и том же химическом составе (5Ю2) и одинаковом ближайшем окружении каждого атома осо­бенно отчетливо проявляется различие между дальним и ближним порядком.
...
Обычное стекло, смола, парафин, асфальт — это при­меры природно аморфных материалов, не имеющих пра­вильного кристаллического строения. Такие материалы при нагревании и охлаждении лишь изменяют свою вяз­кость, но никаких принципиальных изменений во взаим­ном расположении составляющих их атомов не проис­ходит.
...
Типичный вопрос «на засыпку»: «При какой темпера­туре плавится асфальт?» — часто задается в различных конкурсах знатоков. Правильный ответ — асфальт не имеет температуры плавления, потому что плавление есть разрушение кристаллической решетки, фазовый пе­реход от кристаллического состояния к жидкому.
...
тчами изображены атомы кремния, а белыми — кисло­рода. При одном и том же химическом составе (5Ю2) и одинаковом ближайшем окружении каждого атома осо­бенно отчетливо проявляется различие между дальним и ближним порядком.
...
Обычное стекло, смола, парафин, асфальт — это при­меры природно аморфных материалов, не имеющих пра­вильного кристаллического строения. Такие материалы при нагревании и охлаждении лишь изменяют свою вяз­кость, но никаких принципиальных изменений во взаим­ном расположении составляющих их атомов не проис­ходит.
...
Впрочем температурные изменения вязкости при на­греве аморфных тел могут быть столь сильными, что внешне картина мало отличается от плавления. Мы уже говорили о том, что, например, при изменении темпера­туры стекла всего на 20 градусов вязкость его умень­шается на 4 порядка. При дальнейшем повышении тем­пературы вязкость падает еще быстрее, и вот уже из пер­воначально очень хрупкого стекла можно выдувать ажур­ные изделия, а еще подогреть — и оно течет, как вода.
...
У кристаллических тел подобные изменения свойств при нагреве происходят гораздо более резко, а само плавление — у чистых металлов — идет при строго опре­деленной температуре, так что температура плавления металла является одной из его фундаментальных физи­ческих характеристик (констант). Если не меняется внеш­нее давление и металл хорошо очищен от примесей, то по появлению первой капли при нагреве можно опреде­лить температуру с точностью до десятых долей градуса. Это обстоятельство с успехом используется при градуи­ровке различных приборов, измеряющих температуру.
...
Возникает вопрос — нельзя ли и в металлическом сплаве «заморозить» ту атомную структуру, которая характерна для жидкости, нельзя ли лишить металл
...
Впрочем температурные изменения вязкости при на­греве аморфных тел могут быть столь сильными, что внешне картина мало отличается от плавления. Мы уже говорили о том, что, например, при изменении темпера­туры стекла всего на 20 градусов вязкость его умень­шается на 4 порядка. При дальнейшем повышении тем­пературы вязкость падает еще быстрее, и вот уже из пер­воначально очень хрупкого стекла можно выдувать ажур­ные изделия, а еще подогреть — и оно течет, как вода.
...
У кристаллических тел подобные изменения свойств при нагреве происходят гораздо более резко, а само плавление — у чистых металлов — идет при строго опре­деленной температуре, так что температура плавления металла является одной из его фундаментальных физи­ческих характеристик (констант). Если не меняется внеш­нее давление и металл хорошо очищен от примесей, то по появлению первой капли при нагреве можно опреде­лить температуру с точностью до десятых долей градуса. Это обстоятельство с успехом используется при градуи­ровке различных приборов, измеряющих температуру.
...
Возникает вопрос — нельзя ли и в металлическом сплаве «заморозить» ту атомную структуру, которая характерна для жидкости, нельзя ли лишить металл
...
Впрочем температурные изменения вязкости при на­греве аморфных тел могут быть столь сильными, что внешне картина мало отличается от плавления. Мы уже говорили о том, что, например, при изменении темпера­туры стекла всего на 20 градусов вязкость его умень­шается на 4 порядка. При дальнейшем повышении тем­пературы вязкость падает еще быстрее, и вот уже из пер­воначально очень хрупкого стекла можно выдувать ажур­ные изделия, а еще подогреть — и оно течет, как вода.
...
У кристаллических тел подобные изменения свойств при нагреве происходят гораздо более резко, а само плавление — у чистых металлов — идет при строго опре­деленной температуре, так что температура плавления металла является одной из его фундаментальных физи­ческих характеристик (констант). Если не меняется внеш­нее давление и металл хорошо очищен от примесей, то по появлению первой капли при нагреве можно опреде­лить температуру с точностью до десятых долей градуса. Это обстоятельство с успехом используется при градуи­ровке различных приборов, измеряющих температуру.
...
дальнего порядка в твердом состоянии. Ведь тогда можно ожидать значительного изменения всех тех его свойств, которые определяются правильным строением кристал­лов. Например, если у металла нет кристаллической ре­шетки, то в нем не может быть и дислокаций в обычном понимании этого слова, потому что дислокация — это вполне определенное локальное нарушение правильной решетки. В аморфном металле нет и границ зерен, так как границы — это места сопряжения кристаллов, имею­щих разную ориентировку решетки в пространстве.
...
В принципе способ, с помощью которого можно ре­шить такую задачу, ясен — надо пытаться резко увели­чить скорость охлаждения жидкого металла, чтобы быстро спуститься в ту область температур, где атомы уже не могут менять своих соседей. Расчеты и эксперименты показали, что подавить процесс кристаллизации дейст­вительно удается, но для этого нужны скорости охлажде­ния порядка миллионов градусов в секунду. Необходи­мость обеспечить такие громадные скорости охлаждения расплавленного металла создает известные технические трудности. Один из разработанных способов заклю­чается в разбрызгивании мелких капель жидкого ме­талла на хорошо отполированную поверхность быстро вращающегося холодного медного диска. Капля на по­верхности диска «размазывается» очень тонким слоем (несколько микрометров), а хорошая теплопроводность меди обеспечивает высокую скорость теплоотвода.
...
Другие варианты — прокатка тонкой струи расплава между двумя массивными медными валками, расплю­щивание капли жидкого металла при резком сближении двух отполированных медных пластин и т. п. (рис. 100). По-видимому, первым получил аморфный металл совет­ский ученый Е. С. Бушуев в 1945—1946 гг. Ему удалось реализовать метод «расплющивания» и с помощью рент­геновских лучей доказать, что он получил металлическое стекло. Однако результаты Е. С. Бушуева в то время вызвали сомнения и не были опубликованы, так что сей­час об этом имеются лишь устные сообщения.
...
«Массовое» получение аморфных металлических спла­вов в научных лабораториях началось в 60-х годах, а в настоящее время уже налажен промышленный вы­пуск десятков сплавов в аморфном состоянии. Оказалось, что легче всего аморфизуются сплавы переходных и бла­городных металлов с металлоидами (неметаллами — угле-
...
дальнего порядка в твердом состоянии. Ведь тогда можно ожидать значительного изменения всех тех его свойств, которые определяются правильным строением кристал­лов. Например, если у металла нет кристаллической ре­шетки, то в нем не может быть и дислокаций в обычном понимании этого слова, потому что дислокация — это вполне определенное локальное нарушение правильной решетки. В аморфном металле нет и границ зерен, так как границы — это места сопряжения кристаллов, имею­щих разную ориентировку решетки в пространстве.
...
В принципе способ, с помощью которого можно ре­шить такую задачу, ясен — надо пытаться резко увели­чить скорость охлаждения жидкого металла, чтобы быстро спуститься в ту область температур, где атомы уже не могут менять своих соседей. Расчеты и эксперименты показали, что подавить процесс кристаллизации дейст­вительно удается, но для этого нужны скорости охлажде­ния порядка миллионов градусов в секунду. Необходи­мость обеспечить такие громадные скорости охлаждения расплавленного металла создает известные технические трудности. Один из разработанных способов заклю­чается в разбрызгивании мелких капель жидкого ме­талла на хорошо отполированную поверхность быстро вращающегося холодного медного диска. Капля на по­верхности диска «размазывается» очень тонким слоем (несколько микрометров), а хорошая теплопроводность меди обеспечивает высокую скорость теплоотвода.
...
Другие варианты — прокатка тонкой струи расплава между двумя массивными медными валками, расплю­щивание капли жидкого металла при резком сближении двух отполированных медных пластин и т. п. (рис. 100). По-видимому, первым получил аморфный металл совет­ский ученый Е. С. Бушуев в 1945—1946 гг. Ему удалось реализовать метод «расплющивания» и с помощью рент­геновских лучей доказать, что он получил металлическое стекло. Однако результаты Е. С. Бушуева в то время вызвали сомнения и не были опубликованы, так что сей­час об этом имеются лишь устные сообщения.
...
«Массовое» получение аморфных металлических спла­вов в научных лабораториях началось в 60-х годах, а в настоящее время уже налажен промышленный вы­пуск десятков сплавов в аморфном состоянии. Оказалось, что легче всего аморфизуются сплавы переходных и бла­городных металлов с металлоидами (неметаллами — угле-
...
дальнего порядка в твердом состоянии. Ведь тогда можно ожидать значительного изменения всех тех его свойств, которые определяются правильным строением кристал­лов. Например, если у металла нет кристаллической ре­шетки, то в нем не может быть и дислокаций в обычном понимании этого слова, потому что дислокация — это вполне определенное локальное нарушение правильной решетки. В аморфном металле нет и границ зерен, так как границы — это места сопряжения кристаллов, имею­щих разную ориентировку решетки в пространстве.
...
В принципе способ, с помощью которого можно ре­шить такую задачу, ясен — надо пытаться резко увели­чить скорость охлаждения жидкого металла, чтобы быстро спуститься в ту область температур, где атомы уже не могут менять своих соседей. Расчеты и эксперименты показали, что подавить процесс кристаллизации дейст­вительно удается, но для этого нужны скорости охлажде­ния порядка миллионов градусов в секунду. Необходи­мость обеспечить такие громадные скорости охлаждения расплавленного металла создает известные технические трудности. Один из разработанных способов заклю­чается в разбрызгивании мелких капель жидкого ме­талла на хорошо отполированную поверхность быстро вращающегося холодного медного диска. Капля на по­верхности диска «размазывается» очень тонким слоем (несколько микрометров), а хорошая теплопроводность меди обеспечивает высокую скорость теплоотвода.
...
Другие варианты — прокатка тонкой струи расплава между двумя массивными медными валками, расплю­щивание капли жидкого металла при резком сближении двух отполированных медных пластин и т. п. (рис. 100). По-видимому, первым получил аморфный металл совет­ский ученый Е. С. Бушуев в 1945—1946 гг. Ему удалось реализовать метод «расплющивания» и с помощью рент­геновских лучей доказать, что он получил металлическое стекло. Однако результаты Е. С. Бушуева в то время вызвали сомнения и не были опубликованы, так что сей­час об этом имеются лишь устные сообщения.
...
родом, бором, фосфором и др.), причем есть сплавы в которых удается подавить кристаллизацию при ско­рости охлаждения порядка тысяч и даже сотен градусов в секунду. Предельная толщина металлических стекол из таких сплавов приближается к 1 мм. Чистые металлы, наоборот, очень трудно «заморозить». Пока лишь только никель удалось получить в аморфном состоянии, для чего потребовалась скорость охлаждения порядка 1010 граду­сов в секунду. Естественно, что чем выше критическая скорость охлаждения, необходимая для аморфизации, тем меньше предельная толщина металлического стекла. Ведь мы можем организовать быстрый отвод тепла только с поверхности остывающей пленки, а скорость охлажде­ния ее внутренних слоев регулируется уже теплопровод­ностью самого металла. Поэтому наиболее «ходовая» тол­щина металлических стекол — единицы или десятки ми­крометров.
...
Аморфное состояние металла в принципе неустой­чиво, поскольку при наличии дальнего порядка суммар­ная энергия системы атомов меньше. Плотность металли­ческих стекол всегда несколько меньше, так как средние межатомные расстояния больше, чем у соответствующих кристаллов. Аморфный сплав может реализовать свое стремление к кристаллизации при нагреве до температур, при которых подвижность атомов достаточна для их пе­рестройки с образованием дальнего порядка. Здесь при­вычная последовательность событий меняется на обрат­ную. Металл кристаллизуется не при охлаждении, а при нагреве, причем тем быстрее, чем выше температура. Если зависимость времени, необходимого для начала кристаллизации, от температуры экстраполировать к +20 °С, то получится, что при комнатной температуре самое неустойчивое металлическое стекло может «жить» 200 тысяч лет. Таким образом, аморфные сплавы «боятся» нагревов, но вдали от опасного района температур могут нести службу практически неограниченное время.
...
Какие же свойства аморфных сплавов особо ценны для техники? Как и ожидалось, аморфные металлы во многих отношениях отличаются от своих кристалличе­ских собратьев. Хотя модули упругости при аморфиза­ции снижаются в среднем на 30 % (силы межатомной связи уменьшаются), но прочность и твердость резко возрастают. Отсутствие дислокаций приводит к тому, что металлические стекла по прочности превосходят самые
...
родом, бором, фосфором и др.), причем есть сплавы в которых удается подавить кристаллизацию при ско­рости охлаждения порядка тысяч и даже сотен градусов в секунду. Предельная толщина металлических стекол из таких сплавов приближается к 1 мм. Чистые металлы, наоборот, очень трудно «заморозить». Пока лишь только никель удалось получить в аморфном состоянии, для чего потребовалась скорость охлаждения порядка 1010 граду­сов в секунду. Естественно, что чем выше критическая скорость охлаждения, необходимая для аморфизации, тем меньше предельная толщина металлического стекла. Ведь мы можем организовать быстрый отвод тепла только с поверхности остывающей пленки, а скорость охлажде­ния ее внутренних слоев регулируется уже теплопровод­ностью самого металла. Поэтому наиболее «ходовая» тол­щина металлических стекол — единицы или десятки ми­крометров.
...
Аморфное состояние металла в принципе неустой­чиво, поскольку при наличии дальнего порядка суммар­ная энергия системы атомов меньше. Плотность металли­ческих стекол всегда несколько меньше, так как средние межатомные расстояния больше, чем у соответствующих кристаллов. Аморфный сплав может реализовать свое стремление к кристаллизации при нагреве до температур, при которых подвижность атомов достаточна для их пе­рестройки с образованием дальнего порядка. Здесь при­вычная последовательность событий меняется на обрат­ную. Металл кристаллизуется не при охлаждении, а при нагреве, причем тем быстрее, чем выше температура. Если зависимость времени, необходимого для начала кристаллизации, от температуры экстраполировать к +20 °С, то получится, что при комнатной температуре самое неустойчивое металлическое стекло может «жить» 200 тысяч лет. Таким образом, аморфные сплавы «боятся» нагревов, но вдали от опасного района температур могут нести службу практически неограниченное время.
...
Какие же свойства аморфных сплавов особо ценны для техники? Как и ожидалось, аморфные металлы во многих отношениях отличаются от своих кристалличе­ских собратьев. Хотя модули упругости при аморфиза­ции снижаются в среднем на 30 % (силы межатомной связи уменьшаются), но прочность и твердость резко возрастают. Отсутствие дислокаций приводит к тому, что металлические стекла по прочности превосходят самые
...
родом, бором, фосфором и др.), причем есть сплавы в которых удается подавить кристаллизацию при ско­рости охлаждения порядка тысяч и даже сотен градусов в секунду. Предельная толщина металлических стекол из таких сплавов приближается к 1 мм. Чистые металлы, наоборот, очень трудно «заморозить». Пока лишь только никель удалось получить в аморфном состоянии, для чего потребовалась скорость охлаждения порядка 1010 граду­сов в секунду. Естественно, что чем выше критическая скорость охлаждения, необходимая для аморфизации, тем меньше предельная толщина металлического стекла. Ведь мы можем организовать быстрый отвод тепла только с поверхности остывающей пленки, а скорость охлажде­ния ее внутренних слоев регулируется уже теплопровод­ностью самого металла. Поэтому наиболее «ходовая» тол­щина металлических стекол — единицы или десятки ми­крометров.
...
Аморфное состояние металла в принципе неустой­чиво, поскольку при наличии дальнего порядка суммар­ная энергия системы атомов меньше. Плотность металли­ческих стекол всегда несколько меньше, так как средние межатомные расстояния больше, чем у соответствующих кристаллов. Аморфный сплав может реализовать свое стремление к кристаллизации при нагреве до температур, при которых подвижность атомов достаточна для их пе­рестройки с образованием дальнего порядка. Здесь при­вычная последовательность событий меняется на обрат­ную. Металл кристаллизуется не при охлаждении, а при нагреве, причем тем быстрее, чем выше температура. Если зависимость времени, необходимого для начала кристаллизации, от температуры экстраполировать к +20 °С, то получится, что при комнатной температуре самое неустойчивое металлическое стекло может «жить» 200 тысяч лет. Таким образом, аморфные сплавы «боятся» нагревов, но вдали от опасного района температур могут нести службу практически неограниченное время.
...
Какие же свойства аморфных сплавов особо ценны для техники? Как и ожидалось, аморфные металлы во многих отношениях отличаются от своих кристалличе­ских собратьев. Хотя модули упругости при аморфиза­ции снижаются в среднем на 30 % (силы межатомной связи уменьшаются), но прочность и твердость резко возрастают. Отсутствие дислокаций приводит к тому, что металлические стекла по прочности превосходят самые
...
лучшие легированные стали (~3000 МПа). Высокая твердость определяет их великолепную износостойкость. Правда, пластичность аморфных сплавов низка, что тоже можно было ожидать, так как «носителями» пла­стичности являются дислокации. Все же металлические стекла не так хрупки, как обычное стекло. Их можно, например, прокатывать при комнатной температуре.
...
Другое важнейшее преимущество аморфных металли­ческих сплавов — их исключительно высокая коррозион­ная стойкость. Во многих весьма агрессивных средах (морской воде, кислотах) металлические стекла вообще не корродируют. Например, скорость коррозии аморф­ного сплава, содержащего железо, никель и хром, в растворе соляной кислоты практически равна нулю. Для сравнения можно сказать, что скорость коррозии «клас­сического» коррозионностойкого сплава железа с нике­лем и хромом (знаменитая нержавеющая сталь, которую так и называют — «нержавейка») в той же среде превы­шает 10 мм/год. Основная причина такой высокой корро­зионной стойкости аморфных сплавов, по-видимому, со­стоит в том, что не имея кристаллической решетки, они лишены и характерных «дефектов» кристаллов — дисло­каций и, главное, границ между зернами. Высокая плот­ность упаковки атомов в кристалле вблизи этих «дефек-
...
лучшие легированные стали (~3000 МПа). Высокая твердость определяет их великолепную износостойкость. Правда, пластичность аморфных сплавов низка, что тоже можно было ожидать, так как «носителями» пла­стичности являются дислокации. Все же металлические стекла не так хрупки, как обычное стекло. Их можно, например, прокатывать при комнатной температуре.
...
Другое важнейшее преимущество аморфных металли­ческих сплавов — их исключительно высокая коррозион­ная стойкость. Во многих весьма агрессивных средах (морской воде, кислотах) металлические стекла вообще не корродируют. Например, скорость коррозии аморф­ного сплава, содержащего железо, никель и хром, в растворе соляной кислоты практически равна нулю. Для сравнения можно сказать, что скорость коррозии «клас­сического» коррозионностойкого сплава железа с нике­лем и хромом (знаменитая нержавеющая сталь, которую так и называют — «нержавейка») в той же среде превы­шает 10 мм/год. Основная причина такой высокой корро­зионной стойкости аморфных сплавов, по-видимому, со­стоит в том, что не имея кристаллической решетки, они лишены и характерных «дефектов» кристаллов — дисло­каций и, главное, границ между зернами. Высокая плот­ность упаковки атомов в кристалле вблизи этих «дефек-
...
лучшие легированные стали (~3000 МПа). Высокая твердость определяет их великолепную износостойкость. Правда, пластичность аморфных сплавов низка, что тоже можно было ожидать, так как «носителями» пла­стичности являются дислокации. Все же металлические стекла не так хрупки, как обычное стекло. Их можно, например, прокатывать при комнатной температуре.
...
Другое важнейшее преимущество аморфных металли­ческих сплавов — их исключительно высокая коррозион­ная стойкость. Во многих весьма агрессивных средах (морской воде, кислотах) металлические стекла вообще не корродируют. Например, скорость коррозии аморф­ного сплава, содержащего железо, никель и хром, в растворе соляной кислоты практически равна нулю. Для сравнения можно сказать, что скорость коррозии «клас­сического» коррозионностойкого сплава железа с нике­лем и хромом (знаменитая нержавеющая сталь, которую так и называют — «нержавейка») в той же среде превы­шает 10 мм/год. Основная причина такой высокой корро­зионной стойкости аморфных сплавов, по-видимому, со­стоит в том, что не имея кристаллической решетки, они лишены и характерных «дефектов» кристаллов — дисло­каций и, главное, границ между зернами. Высокая плот­ность упаковки атомов в кристалле вблизи этих «дефек-
...
тов» уменьшается столь резко, что вдоль них легко про­никают в металл «вражеские агенты». Важно, что без­дефектная структура аморфного сплава передается той тонкой окисной пленке, которая образуется на его по­верхности на начальных стадиях коррозионного процесса и в дальнейшем защищает металл от прямого контакта с «агрессором».
...
Весьма интересным оказалось и сочетание некоторых физических свойств аморфных сплавов, в частности, маг­нитных и электрических. Выяснилось, что сплавы на основе ферромагнитных металлов (железа, никеля) в аморфном состоянии также ферромагнитны.
...
В плане практического использования ферромагнит­ных металлов важно их деление на «магнитомягкие» и «магнитожесткие». Первые применяют, например, для сердечников трансформаторов — здесь нужно, чтобы ма­териал легко перемагничивался (менял направление на­магничивания) при изменении направления тока, которое происходит 50 раз в секунду. Вторые трудно намагни­тить, но зато их трудно и размагнитить. Поэтому после намагничивания они сами надолго остаются источниками сильного магнитного поля (постоянные магниты).
...
Магнитные свойства материалов необходимо опреде­ленным образом сочетать с их электрическими свойст­вами. В частности, электросопротивление сердечников трансформаторов должно быть возможно более высоким, потому что индуцируемые при перемагничивании «пара­зитные» вихревые токи нагревают сердечник и пускают На ветер значительную часть преобразуемой электро­энергии. Требования низкого магнитного и высокого электрического сопротивления в обычных кристалличе­ских ферромагнетиках очень трудно совместить.
...
Но если магнитные свойства аморфных и кристалли­ческих сплавов различаются мало, то в «электрическом отношении» аморфизация приводит к качественно новой ситуации.
...
В обычных кристаллических металлах даже вблизи температуры плавления средний пробег электронов про­водимости между двумя столкновениями с решеткой может составлять несколько десятков межатомных рас­стояний. Такая большая длина пробега обусловлена правильной периодичностью в расположении ионов. Аморфизация устраняет дальний порядок и средняя дли­на свободного пробега электрона сразу уменьшается до
...
тов» уменьшается столь резко, что вдоль них легко про­никают в металл «вражеские агенты». Важно, что без­дефектная структура аморфного сплава передается той тонкой окисной пленке, которая образуется на его по­верхности на начальных стадиях коррозионного процесса и в дальнейшем защищает металл от прямого контакта с «агрессором».
...
Весьма интересным оказалось и сочетание некоторых физических свойств аморфных сплавов, в частности, маг­нитных и электрических. Выяснилось, что сплавы на основе ферромагнитных металлов (железа, никеля) в аморфном состоянии также ферромагнитны.
...
В плане практического использования ферромагнит­ных металлов важно их деление на «магнитомягкие» и «магнитожесткие». Первые применяют, например, для сердечников трансформаторов — здесь нужно, чтобы ма­териал легко перемагничивался (менял направление на­магничивания) при изменении направления тока, которое происходит 50 раз в секунду. Вторые трудно намагни­тить, но зато их трудно и размагнитить. Поэтому после намагничивания они сами надолго остаются источниками сильного магнитного поля (постоянные магниты).
...
Магнитные свойства материалов необходимо опреде­ленным образом сочетать с их электрическими свойст­вами. В частности, электросопротивление сердечников трансформаторов должно быть возможно более высоким, потому что индуцируемые при перемагничивании «пара­зитные» вихревые токи нагревают сердечник и пускают На ветер значительную часть преобразуемой электро­энергии. Требования низкого магнитного и высокого электрического сопротивления в обычных кристалличе­ских ферромагнетиках очень трудно совместить.
...
Но если магнитные свойства аморфных и кристалли­ческих сплавов различаются мало, то в «электрическом отношении» аморфизация приводит к качественно новой ситуации.
...
В обычных кристаллических металлах даже вблизи температуры плавления средний пробег электронов про­водимости между двумя столкновениями с решеткой может составлять несколько десятков межатомных рас­стояний. Такая большая длина пробега обусловлена правильной периодичностью в расположении ионов. Аморфизация устраняет дальний порядок и средняя дли­на свободного пробега электрона сразу уменьшается до
...




    Металловедение для сварщиков (сварка сталей)
    Машиностроение. Энциклопедия Оборудование для сварки
    Иллюстрации к началам курса «Основы материаловедения»
    Необычные свойства обычных металлов
    Физические методы исследования металлов и сплавов
    Ручная дуговая сварка
    Технология металлов и сварка

    rss
    Карта