Критическое состояние

гичным рис. 5.11, могут служить 35 % Ni—Си, 15 % Mo—Ni, 8 % Сг—Со и 14 % Сг—•№. Критические составы имеют также трех- и четырехкомпонентные сплавы (например, Fe—Сг—Ni—Mo [42]; Fe—Ni—Mo и Сг—Ni—Fe [43]. Критические составы, выявленные по значениям /крит, нечувствительны к рН электролита, в котором получены данные поляризации (рис. 5.11). С другой стороны, критические составы, полученные по коррозионным данным, обычно меняются с изменением среды, в которой испытываются сплавы. Например, в 33 % HNO3 критическая концентрация Сг для пассивности Сг—Fe-сплавов снижается до 7 %, тогда как в растворе FeSO4 она увеличивается до 20 %; только в водных растворах с рН = 7 критическое содержание Сг составляет 12 %. Это влияние среды не является неожиданным, так как возможность пассивации сплава зависит от того, будет ли скорость коррозии равна критической плотности тока пассивации в данной среде или будет превышать ее. Как можно видеть на рис. 5.11, увеличение содержания хрома снижает /крит, но уменьшение рН

v ат. % Z дает прямую с положительным наклоном. Подобный обобщенный график дан на рис. 5.16. Чтобы прямая с наклоном . равным 1 проходила через начало координат, пришлось принять, что передано не 100,,% валентных электронов, а 80 %. Это означает, что большинство, но не все валентные электроны меди и других непереходных элементов заимствуются никелем. Принимая, что атом меди в медно-никелевом сплаве отдает атому никеля 0,8 электрона, получаем критическое содержание никеля, ниже которого d-оболочка заполнена, 35 ат. % вместо 41 ат. %, как рассчитано ранее *. Это значение согласуется с составом, при котором /пас и /крит пересекаются на рис. 5.14. До сих пор не внесена ясность в вопрос, относится ли эта цифра — 80 % до-норных электронов — только к взаимодействию электронов поверхностных атомов металла', на которых образуются пассивные пленки, или ко всему сплаву.

Электрохимическое поведение пассивных сплавов железа с хромом и никелем коррелирует с поведением составляющих их металлов. Так, для хромистых сталей установлено снижение количества электричества, необходимого для пассивации, с ростом содержания в них хрома до некоторой критической величины (12-14%) [ 70,114] , Аналогичные результаты были получены для сплавов железо-никель, критическое содержание никеля в которых соответствует 30% [ 114 ]. Эти результаты согласуются с заключением о более тонких пассивирующих слоях на хроме и никеле по сравнению с железом.

расстояние между составляющими армирующего компонента мало в направлении оси х и значительно больше вдоль осей у и z, объемное содержание армирующего компонента составляет всего 1 — 5%, и, следовательно, данная схема армирования -возможна лишь для таких композиционных материалов, для которых критическое содержание армирующего элемента, определенное в соответствии с признаком 4, является низким.

2. Композиционные материалы с двухосным (плоскостным) расположением армирующего компонента, составляющие которого в виде волокон, фольг, матов из нитевидных кристаллов и т. п. расположены в матрице в плоскостях, параллельных друг к другу. Такая схема армирования может быть осуществлена с помощью нуль-мерных, одномерных или двухмерных компонентов (табл. 7) и обозначается: 0„, : 0# : 0, 1 : 1 : 0 или 2:2:0 (компонент расположен в плоскостях, параллельных к плоскости ху). Двухосная схема армирования нуль-мерными компонентами возможна в тех случаях, когда критическое содержание армирующего компонента в материале менее 15 — 16%. При использовании волокон или других одномерных компонентов для плоскостного армирования можно реализовать не только ортогональную (1:1: 0), но и другие, более сложные виды укладки; например, первый слой 1:0:0;

потенциалами, которые могут оставаться активными, равномерно разрушаться. В магниевые сплавы для протекторов вводят добавки алюминия, цинка и марганца. Алюминий улучшает литейные свойства сплава и повышает механические характеристики, но при этом немного снижается потенциал. Цинк облагораживает сплав и уменьшает вредное влияние таких примесей, как медь и никель, позволяя повышать их критическое содержание в сплаве. Марганец вводят в сплав для осаждения примесей железа. Кроме того, он повышает токоотдачу и делает более отрицательным потенциал протектора. Основные загрязняющие примеси в сплаве - железо, медь, никель, кремний - увеличивают самокоррозию протекторов и снижают срок их службы.

Установлено, что существует критическое содержание алюминия в сплаве (5 %), превышение которого вызывает КР в водных растворах [31, 174]. При такой же примерно критической концентрации происходит переход от межкристаллитного растрескивания к транскристаллитному в метанольных растворах [115].

Как было показано, для определенных систем бинарных сплавов необходимо критическое содержание элементов в растворенном виде для того, чтобы вызвать КР. Примерами таких систем являются Ti —5A1, Ti — 0,ЗО и Ti — ИМп. Результаты по многокомпонентным сплавам показывают, что Cr, Fe, Sn и, возможно, Si могут вызывать или увеличивать чувствительность к КР. Большинство этих элементов способствует чувствительности, когда находятся в твердом растворе а-или р-фазы.

Для протекторов при защите подземных сооружений наиболее часто используют магний. В магниевые сплавы для протекторов вводят добавки алюминия, цинка и марганца. Алюминий увеличивает эффективность сплава, улучшает его литейные свойства и повышает механические характеристики, хотя при этом потенциал немного снижается. Цинк облагораживает сплав и повышает эффективность, уменьшает вредное влияние таких примесей, как медь и никель, позволяя повышать их критическое содержание в сплаве. Марганец вводят при плавке сплава для осаждения примесей железа. Кроме того, он позволяет повысить токоотдачу и сделать более отрицательным потенциал протектора [45].

Критическое содержание водорода определяется также массой слитка, перегревом металла и содержанием свободного азота в стали.

Исследования влияния азота, по-видимому, указывают на то, что азот может быть наиболее вредной примесью [76, 881; его критическое содержание равно 0,002—0,003% и даже ниже (рис. 7) [761. Азот, находящийся в твердом растворе, оказывает более вредное влияние на пластичность, чем тогда, когда он выделяется в виде нитрида хрома. При быстром охлаждении наблюдается тенденция к сохранению азота в твердом -растворе и к повышению температуры перехода, в то время как медленное охлаждение позволяет получить более полное выделение нитрида. Например, при испытаниях на изгиб температура перехода хрома, содержавшего 0,029°п азота, найдена равной 150—200° после закалки в воду с 1200° и около 50° после охлаждения с печыо от той же температуры [761. Кроме того, наблюдения показывают, ч го минимальное содержание азота, вызывающее хрупкость, значительно ниже для рекристаллизованного материала, чем для холодподеформированных образцов [441. Сделаны попытки объяснить это влияние азога на основании представления о блокировании дислокаций 1441. Эта теория учитывает взаимодействие между дислокациями и определенными растворенными в металле атомами, которое, как было показано, влияет на предел текучести и деформационное старение.

Условие (3.14) описывает состояние равновесия тела с трещиной. Критическое состояние равновесия неустойчиво, так как вторая производная отрицательна:

поэтому критическое состояние достигается при различных значениях переохлаждения.

Существует несколько формулировок критического состояния. Если есть начальный эксцентриситет, то неограниченное возрастание прогиба вала и есть критическое состояние вала. В случае отсутствия эксцентриситета при owtp (а - угловая частота, р - собственная частота) возмущенное движение представляет собой сумму гармонических колебаний с частотами р+Ф и р-со. Поскольку реальные механизмы работают в условиях выполнения неравенства р«ш, 'то обнаружение указанных выше комбинационных частот в секторе вибрации свидетельствует о критическом состоянии вращающегося ротора и необходимости снижения жесткосТи'вала при выполнении условия ф>ооЧ1, для высокоскоростных роторов добиться условия самосинхронизации, что позволяет достигнуть условия оптимальной эксплуатации оборудования.

Для более наглядного понимания принципа подчинения, рассмотрим действие лазера, порождающего когерентное излучение при достижении критических условий. В докритическом состоянии активные атомы лазера при подаче энергии в систему возбуждаются и испускают отдельные цуги световых волн. Критическое состояние системы достигается в тот момент, когда подаваемая энергия становится когерентной, т.е. она уже не состоит из отдельных некоррелированных цугов волн, а превращается в бесконечную синусоиду. Это означает, что хаос (в виде цугов световых волн) сменяется порядком, причем параметром порядка служит возникающая когерентная волна. Она "вынуждает" атомы осцилировать когерентно, подчиняя их себе (рисунок 1.6, а). Это подчинение связано с подчиняющимся полю движением электронов. Возникает круговая причиненность: с одной стороны поле действует как параметр порядка, подчиняя себе атомы, а с другой - атомы своим вынужденным излучением порождают поле (рисунок 1.6, б).

одного элемента объема к другому, но критическое состояние материала

При наличии трещины поля напряжений у ее края очень сильно локализованы и быстро затухают, так что если зона пластической деформации у края трещины по сравнению с ее длиной и размером образца мала, то при математический трактовке процесса размером этой зоны можно пренебречь и рассматривать поведение тела, как в упругой задаче. Это позволило моделировать различные виды разрушения материала путем растяжения специального образца с предварительно созданной трещиной в условиях, обеспечивающих автомо-дельность напряженно-деформированного состояния локальных объемов трещины, т.е. когда напряженно-деформированное состояние у края трещины определяется или коэффициентом интенсивности напряжений К, (нормальный отрыв), или Кц (поперечный сдвиг), или К,п (антиплоская деформация). Когда напряжения и деформации на фронте трещины достигают критической величины, возникает нестабильность разрушения. Это критическое состояние по

Когда напряжение и деформации на фронте трещины достигают критической величины, возникает нестабильность разрушения. Это критическое состояние при разрушении по типу I в условиях плоской деформации определяется значением Kj=KIc.

Полученные данные свидетельствовали о структурно-ориента-ционной неустойчивости мезоструктуры в поле приложенных внешних сил. и выявляемые полосы с мелкими зернами оказывали на критическое состояние материала при переходе от мезо- к макроскопическому масштабу. Они оказывались предвестником образования не-сплошностей, способных насквозь пересечь деформируемую листовую заготовку. Установлено, что управляющим параметром в использованной термомеханической обработке являлось критическое обжатие, связанное с деформационными возможностями сплава.

27. Критическое состояние плоскости и пространства с трещиной..225

Наконец, следует сделать заключение о раскрытии в конце трещины. Ясно, что для реальных материалов в результате пластического течения раскрытие больше нуля и может считаться как постоянной материала, так и величиной, зависящей от внешней нагрузки. Причем рассчитанные примеры показали, что и в том, и в другом случае расхождение между критическими состояниями невелико (линии 2 и 3 на рис. 18.1, 18.3, 18.4). Более того, начиная с некоторого значения размера трещины, предположение о нулевом раскрытии практически также не изменяет критическое состояние. Отсюда можно сделать вывод, что принятие той или иной гипотезы о степени постоянства раскрытия в конце трещины можно скорее обосновать удобством расчета, нежели соображениями его точности. К этому можно добавить, что детали деформации, отражающиеся на раскрытии в малой окрестности конца трещины, сильно зависят от размера зерна, его анизотропии и неоднородности (а также и от других причин), что вносит в экспериментальное измерение раскрытия некоторую долю неопределенности, позволяющую относиться к результатам непосредственного измерения малых значений раскрытия в конце трещины с известной осторожностью [51]. Поэтому при хрупком разрушении достаточно знать плотность работы разрушения 2^, измеренную на образцах с достаточно большой трещиной, и техническую прочность 00 гладкого образца (в отсутствие трещины). Этих параметров достаточно для построения области предельного состояния тела с трещиной и с ограниченной прочностью при I — 0.

§ 27. Критическое состояние плоскости и пространства с трещиной