Молекулярно кинетическая

в) связанный водород, удаляющийся из металла при вакуумном плавлении, находится в несплошностях металла (раковины и поры) в, молекулярном состоянии. Переход связанного водорода в диффузионно-подвижный сильно затруднен, так как процесс диссоциации молекул 1~Ь на атомы требует большой затраты энергии.

Водород, содержащийся в основном металле, может находиться в состоянии твердого раствора внедрения — диффузионно-подвижный водород, а также находиться в связанном состоянии — гидридный водород. Водород в молекулярном состоянии находится в микронесплошностях металла.

Эффект водородной хрупкости стали наиболее существенно проявляется в интервале температур от минус 20 до плюс 30°С и зависит от скорости деформации [18, 20]. Различают обратимую и необратимую водородные хрупкости. Охрупчивающее влияние водорода при его содержании до 8—10 мл/100 г в большинстве случаев процесс обратимый, то есть после вылеживания или низкотемпературного отпуска пластичность металла конструкции небольшого сечения восстанавливается вследствие десорбции водорода. Обратимая хрупкость стали обусловливается, в основном, наличием водорода, растворенного в кристаллической решетке. Необратимая хрупкость зависит от содержания в стали водорода в молекулярном состоянии, который агрегирован в коллекторах, где он находится под высоким давлением, вызывающим значительные трехосные напряжения и затрудняющим пластическую деформацию стали. Пластические свойства металла при необратимой хрупкости не восстанавливаются даже после вакуумного отжига, так как в структуре стали происходят необратимые изменения [21, 22]: образование трещин по границам зерен, где наблюдается наибольшее скопление водорода, и обезуглероживание стали.

лические покрытия не представляют серьёзных препятствий для проникновения газов. Наибольшей скоростью проникновения отличается гелий, на втором месте стоит водород. В пористых материалах газы чисто физически, в молекулярном состоянии, проникают сквозь открытые каналы и поры, в плотных материалах происходит избирательная атомно-ионная диффузия газа.

Все приведенные в справочнике конструкционные легированные стали имеют меньшую или большую флокеночувствительность после горячей обработки давлением. В литом состоянии все стали обычно не имеют флокенов, поскольку в этом случае имеется достаточно большое количество усадочных пор — резервуаров, в которые может выделяться водород з молекулярном состоянии при превращении аустенита и не создавать таких больших давлений в них, которые могли бы способствовать образованию флокенов при определенных температуре и времени. ,

Вначале водород адсорбируется на металлической поверхности в молекулярном состоянии, а затем вследствие каталитических реакций диссоциирует на атомы. При температурах до 300°С в молекулярном состоянии водород практически не проникает в железо или сталь, но в атомарном состоянии он проникает в сталь даже при низких температурах, что наблюдается при ее травлении в серной или соляной кислоте.

На основании анализа опубликованных данных, а также работ, выполненных в ФМИ им. Г.В.Карпенко АН УССР [41—49], можно заключить, что наиболее вероятной формой существования водорода в металлах является твердый раствор протонов в кристаллической решетке металла. При наличии в металле различных дефектов в виде пор, микротрещин и пр., которые практически всегда присутствуют в конструкционных сплавах, часть водорода может находиться в молекулярном состоянии в этих дефектах, а в сложнолегированных сталях и сплавах, содержащих гидрообразующие элементы, — в виде гидридов или других химических соединений.

инертностью. Азот в молекулярном состоянии могут поглощать только высокоактивные металлы (Mg; A1) или металлы, образующие металлообразные нитриды (Ti; Zr; V; Nb; Та), и то при температурах 600— 700° С и выше. Если в окружающей среде азот находится в виде диссоциирующих соединений (NH3; (CN)2), то соединение металлов с азотом происходит значительно интенсивней. Например, газовое цианирование или азотирование поверхностей. Соединения азота — нитриды, накапливаемые в поверхностных слоях металла, упрочняют его — увеличивают твердость и одновременно понижают в ряде случаев скорость коррозионных процессов.

Диссоциированные газы могут создать несколько иные трудности. Имеются сведения, что на высоте 7929 м весь кислород находится в молекулярном состоянии, на высоте 9345 м — в атомарном состоянии; и молекулярный и атомарный кислород на этих высотах могут взаимодействовать с материалами.

Оксиды на поверхности Ti образуются в ходе его окисления на воздухе, анодного окисления, а также при самопассивации в сильноокислительных, нейтральных и слабокислых растворах. Следует отметить, что пассивация. Ti в электрохимических средах происходит только в присутствии воды. Это свидетельствует об участии в образовании защитных плёнок оксидов О:, содержащегося в воде, а не О2 в молекулярном состоянии, который растворён в электролитах.

Окружающая среда наряду с усталостью (или без нее) может способствовать стабильному распространению трещины. Явление и процесс самопроизвольного разрушения металлических тел под воздействием окружающей среды называется коррозией. В качестве коррозионной среды в условиях действия внешних нагрузок может выступать и водород, содержащийся в сталях. Для сталей источником водорода может быть вода или водяные пары при непосредственном с ними контакте чистой поверхности. Как показывают экспериментальные исследования, в атмосфере очищенного водорода при давлении 0,098 МПа докритический рост трещины в стали Н-11 происходит при меньшем значении коэффициента интенсивности напряжений, чем в обычных условиях. При этом трещина имеет большую скорость роста, чем в полностью увлажненной среде очищенного аргона (рис. 1.16). Это и есть непосредственная форма водородного охрупчивания [6]. Как известно, в стали водород может находиться в атомарном, а иногда и в ионном состоянии. При нормальных условиях в свободном состоянии водород находится в молекулярном состоянии. В то же время водород может диссоциировать в результате хемосорбции на железе. Это позволяет предположить, что причиной хрупкости железа может быть абсорбированный водород. Хемосорбция водорода на железе происходит мгновенно, что подтверждается отсутствием инкубационного периода развития у инициированной трещины.

Приблизительно в те же годы (середина XIX в.) общее признание физиков получила и молекулярно-кинетическая теория строения вещества, согласно которой тепловая энергия обусловливается неупорядоченным движением мельчайших тел — молекул. Механическая энергия — это энергия упорядоченного движения больших тел. Отсюда и вытекает, что при исчезновении определенного количества энергии одного какого-либо вида (например, тепловой) возникает равное ей количество энергии другого вида (например, механической). В таком случае, если исчезает количество тепла Q и совершается работа W, то

Молекулярно-кинетическая теория выявила физический смысл абсолютной температуры, доказав, что ее величина пропорциональна средней энергии теплового движения молекул. Отсюда следовало, что с приближением температуры к абсолютному нулю это движение должно замедляться и при 7=0 совсем прекратиться. Кроме того, было установлено, что на каждую степень свободы движения одноатомной молекулы (имеющей их три — по числу координатных осей) приходится величина энергии, равная 1/2 кТ, где к — постоянная Больцма-на, выражающая соотношение между энергией и температурой (0 = кГ).

42. С м и р н о в А. А. Молекулярно-кинетическая теория металлов. М., «Наука», .1966. 488 с. с ил.

46. Смирнов А. А. Молекулярно-кинетическая теория металлов. М.: Наука, 1966. 488 с., ил.

В области науки о трении разработана молекулярно-кинетическая теория трения высокоэластичных полимерных материалов (ГПИ им. Ленина), на основании которой выявлена температурно-скоростная закономерность трения. Развиваются гистерезисные представления о природе трения эластиков (НИИШП). Получают развитие исследования по двойственной (молекулярно-механической) природе трения. Используются методы теории пластичности и теории упругости для решения частных задач по расчету объемной составляющей силы трения. Проводятся исследования по установлению связи между физико-механическими характеристиками материалов и коэффициентом трения (ИМАШ). Имеется большое количество экспериментальных исследований по трению полиамидов, фторопластов, фрикционных и антифрикционных композиций. Из методов испытания на трение ГОСТом установлен метод испытания на фрикционную теплостойкость (ИМАШ). Создан ряд оригинальных установок и методов испытания (ИМАШ, НИИХиммаш, ВНИИАТИ). Разработаны новые композиционные полимерные материалы для узлов трения современных областей техники (ИНЭОС, ИМАШ, ВНИИАТИ, НИИПМ).

Наряду с этим успешно развивалось научное направление о молекулярной природе трения. Широко известны работы Б. В. Дерягина [6], который показал, как проявляются молекулярные силы при трении. За рубежом получила распространение теория Боудена и Тейбора [4], рассматривавших трение как результат срезания мостиков сварки. В настоящее время развивается молекулярно-кинетическая теория трения за границей Шалломахом [20], а у нас Г. М. Бартеневым и его учениками [3], которая находит широкое применение при трении полимерных материалов. В этой теории учитывается подвиж-

Молекулярно-кинетическая теория учитывает цепное строение макромолекул полимеров, их гибкость и «свободное» тепловое движение. Концы макромолекулярной цепи находятся в контакте с поверхностью металла, и под действием теплового движения цепь через некоторый промежуток времени перемещается в новое положение. При наличии внешней тангенциальной силы это перемещение преимущественно происходит в направлении действия этой силы. Уравнения, приведенные в работе [8], описывают поведение тел, обладающих адгезионным взаимодействием, но только при условии, что прочность этого взаимодействия существенно меньше прочности самой цепи, т. е. при легких режимах работы.

Теория трения молекулярно-кинетическая 61

Энергетическая концепция тепла развивалась по мере проникновения науки в глубь материи и в процессе развития принимала различные формы. Одной из таких форм явилась молекулярно-кинетическая теория тепла, согласно которой макроскопическая тепловая энергия представляет собой среднюю энергию механического движения молекул и колебания атомов.

ТЕОРИЯ (подобия — учение об условиях подобия физических явлений, устанавливающее критерии подобия и изучающее с их помощью сами явления; ползучести проявляется при исследовании процессов упрочнения, старения и течения пластических материалов в технике, содержащих в своих частях учения о дислокациях, напряжениях, деформациях в деталях и конструкциях машин; релятивистская, как правило, применяется при скоростях движения тел, близких к скорости света в вакууме; строения вещества молекулярно-кинетическая использует теорию теплоты, в основе которой лежит представление об атомном и молекулярном строении вещества; твердых тел основывается на квантовой теории энергетического спектра электронов в кристаллах; удара является учением в механике о скачкообразном изменении скоростей взаимодействующих тел и состояние их после удара в процессах ковки и штамповки, а также в эксплуатации машин и сооружений; упругости изучает перемещения, деформации и напряжения, которые возникают в упругих телах под действием нагрузки; электронная классическая теория электромагнитных явлений и свойств вещества, основанная на изучении и взаимодействии дискретных электрических зарядов); ТЕПЛОВИДЕНИЕ — получение видимого изображения тел по их невидимому тепловому инфракрасному излучению; ТЕПЛОЕМКОСТЬ (есть величина, равная отношению полученной) телом количества теплоты к произошедшему при этом изменению

Таким образом, термодинамический метод недостаточен для исследования процессов конденсации в двухфазном потоке. Ряд практических задач требует знания молекулярных явлений в двухфазной среде. С этой целью наравне с термодинамическим методом используется молекулярно-кинетическая теория строения вещества. Для получения характеристики состояния среды вводятся микроскопические величины, рассматривается движение молекул среды. Рассмотрение молекулярного строения двухфазной среды необходимо тогда, когда длина свободного пробега молекул пара соизмерима с находящимися в нем капельками. Поэтому для выяснения процесса роста капель и их движения важное значение имеет соотношение между радиусом капли ? и средней длиной А, свободного пробега молекул конденсирующегося пара.