Материалов характерно

У хрупких материалов (например, чугунов) при сжатии наступает хрупкое разрушение, начинающееся с образования трещин и заканчивающееся раскалыванием образца. Однако для таких материалов характерна резкая анизотропия механических свойств при растяжении и сжатии. Например, предел прочности чугуна при сжатии в 2,5-4 раза больше, чем при растяжении.

Усталость материалов характерна только для деталей машин, испытывающих во время работы переменные напряжения. Опыты показывают, что детали машин, подвергающиеся длительное время переменным напряжениям, могут разрушаться при напряжениях, значительно меньших предела прочности ав, а во многих случаях даже меньших предела текучести ат данного материала детали при статическом напряжении. При этом разрушение происходит без заметных остаточных деформаций мгновенно, т. е. имеет ярко выраженный хрупкий характер даже в случае, если материал детали обладает высокой пластичностью.

ленная линией обратного хода, не имеет ярко выраженного излома, который можно было бы принять за точку перехода плотного слоя в псевдоожиженный, а соответствующую ему абсциссу — за первую критическую скорость. В практике псевдоожижения найден выход и из этой затруднительной ситуации: в качестве критической принимают точку пересечения касательных к ветвям ОА и АВ или продолжений их прямолинейных участков. Но в реальных системах все значительно сложнее. Ведь используемые в промышленности кипящие слои не монодисперсны (включают частицы одинакового размера), а полидисперсны (размеры их зерен отличаются друг от друга весьма значительно). Их кривая псевдоожижения имеет несколько пиков, т. е. для псевдоожижения полидисперсных материалов характерна не одна определенная скорость, а некоторый диапазон скоростей начала псевдоожижения. Слой постепенно переходит в состояние псевдожидкости (сначала мелкие, а затем более крупные частицы). Особенно четко вырисовывается подобная картина, если частицы предварительно отсепа-рированы и уложены последовательно (сначала крупные, а затем мелкие). Такая укладка получается после первого же псевдоожижения и прекращения дутья, так как полидисперсным слоям свойственна сепарация частиц по высоте колонны (крупные собираются снизу, мелкие — сверху). В этом случае даже кривая обратного хода — «плохая» палочка-выручалочка, ибо, несмотря на отсутствие на ней пиков давления, отыскание точки, соответствующей началу полного псевдоожижения, не лишено некоторой фантазии. Итак, уже в самой природе псевдоожижения заложен «строптивый» характер кипящих слоев, делающий их почти не поддающимися аналитическому описанию. Можно сказать, первая, одна из основных характеристик системы — скорость начала псевдоожижения — не имеет строго фиксируемой определенной веки

Все это подтверждается работами [20, 27, 31, 39], согласно которым более интенсивная локализация пластической деформации по сравнению с таковой для циклически упрочняющихся материалов характерна для циклически разупрочняющихся сплавов. В литературе описаны подходы, позволяющие выразить значение К±с через напряжения разрушения и размер зоны повреждения. Структура формул в этих подходах имеет вид [36 — 38]:

Такие материалы имеют молекулярную структуру с преимущественно ионными связями и склонность относительно легко реагировать с водой; в них наблюдается интенсивное избирательное взаимодействие с кислыми, щелочными и минерализованными водами. Для большинства неорганических неметаллических материалов характерна значительная пористость, которая предполагает возможность фильтрации и подноса воды или увлажнения вследствие конденсации паров. Многие силикатные материалы имеют полиминеральную структуру, часто переходящую в конгломератную. В соответствии с общей теорией искусственных строительных конгломератов оптимальной структуре соответствует комплекс наиболее благоприятных показателей физико-механических и эксплуатационных свойств конгломерата, т. е. у всех конгломератов сохраняется, как и у вяжущего вещества, только одна экстремальная точка на графической зависимости свойства — с/ф (рис. 9). Коррозионная стойкость силикатных материалов определяется стойкостью наиболее слабого составляющего, обычно цементирующего вещества.

У хрупких материалов (например, тугунов) при сжатии наступает хрупкое разрушение, начинающееся с образования трещин и заканчивающееся раскалыванием образца. Однако для таких материалов характерна резкая анизотропия механических свойств при растяжении и сжатии. Например, предел прочности чугуна при сжатии в 2,5-4 раза больше, чем при растяжении.

На рис. 20 приведены данные определения модуля упругости этих материалов при различных температурах. Значения модуля упругости СФД и АТМ-2 во всем температурном интервале выше, чем у капрона. Однако для всех материалов характерна зависимость этого показателя от температуры. Коэффициент вариации при этих испытаниях 8—10%.

Для стеклообразных материалов характерна экспоненциальная зависимость вязкости от температуры, в результате четкая граница между жидкой и твердой фазой отсутствует. Условная толщина и скорость течения расплавленной пленки определяются, помимо вязкости, величиной сдвигающих напряжений (поверхностным трением и градиентом давления). Как показано в гл. 3, при действии теплового потока на вещество с заданной температурой плавления сначала устанавливается температура поверхности и лишь спустя некоторое время квазистацио-/нарный режим разрушения.

Для композиционных материалов характерна следущая совокупность признаков:

Кривые истощения. Следующей эксплуатационной характеристикой ионообменного материала служат так называемые кривые истощения, характерные примеры которых приведены на рис. 4.4. Эти кривые даны для катионообменных материалов, применяемых при удалении из воды ионов кальция; они отражают изменение остаточной жесткости по мере увеличения объема обработанной воды. Как видно из рис. 4.4, для некоторых материалов характерна ярко выраженная точка проскока, после которой при дальнейшей обработке исходной воды кривая остаточной жесткости круто поднимается вверх. Для других материалов кривая проскока получается более плавной. Преимущество резко выраженной точки проскока заключается в том, что она дает возможность легко установить конец стадии рабочего процесса обмена. Но, с другой стороны, если этот материал эксплуатировать за пределами этой точки, то в систему будет поступать вода, содержащая большое количество нежелательных ионов. Практически умягчение должно быть прекращено или задолго до резкого проскока (если он имеет место), или после того, как концентрация ионов кальция в выходящей воде достигнет определенной величины, зависящей наряду с другими факторами от назначения обработанной воды.

В современной технике все большее значение приобретает использование сложных механических свойств высокополимеров, к которым относятся всевозможные резины и различные искусственные и естественные волокнистые материалы. Для этих материалов характерна важная роль времени; процессы деформации здесь являются неравновесными. В этой области проводится интенсивная исследовательская работа и имеется огромная научная литература.

По сравнению с жаропрочными сплавами для этих материалов характерно значительно меньшее разупрочнение с увеличением продолжительности и температуры испытания в интервале 1000—1300°С.

Структура поверхности значительно усложняется при применении наполненных полимеров, когда в тончайших слоях происходит существенное изменение надмолекулярных структур, что приводит обычно к повышению износостойкости. Для полимерных материалов характерно также нахождение на поверхности адсорбционных слоев различных веществ, которые оказывают заметное, пока еще малоизученное влияние на процесс трения и износа.

Расположение волокон. Некоторые типы композиционных материалов не имеют четко выраженной противофаз-ности расположения волокон в смежных элементах. Для этих материалов характерно наличие одинаковых форм искривления волокон во всем объеме и смещение искривлений по фазе в направлении оси 1 в смежных элементах на часть периода. В зависимости от относительного смещения по фазе упаковка искривленных волокон в смежных элементах может быть однофазной, противофазной или иметь средний характер. Приближенно оценить значения упругих констант материалов с искривленными волокнами, смещенными по фазе, можно по моделям для композиционных материалов с противофазно и однофазно искривленными волокнами. Погрешность расчета может быть оценена сравнением характеристик материалов, имеющих однофазное и противофазное расположение волокон в смежных элементах. Степень и закон искривления волокон в материалах обоих типов при этом принимают одинаковыми.

Изменение амплитуды напряжений при жестком нагружении, как и изменение амплитуды деформаций при мягком нагружении, в процессе циклических испытаний определяется свойствами материала. Для одних материалов (алюминиевые сплавы, титан и низкопрочныг а-сплавы на его основе, некоторые конструкционные стали) ширина петли гистерезиса при мягком деформировании по мере нарастания количества циклов уменьшается, а амплитуда напряжений при жестком нагружении увеличивается. Для этой группы материалов характерно повышение предела пропорциональности с увеличением количества циклов нагружения, в связи с чем такие материалы относят к группе циклически упрочняющихся. Для других материалов (например, теплостойкие стали, чугуны, высокопрочные титановые а и (ос + 0) -сплавы) наблюдается обратная картина: при мягком нагружении ширина петли гистерезиса увеличивается, а при жестком нагружении амплитуда напряжения снижается. Сопротивление деформированию для этой группы материалов с увеличением количества циклов уменьшается, а вся группа материалов относится к типу циклически разупрочняющихся. И, наконец, ряд материалов (аусте-нитные стали, конструкционные стали средней прочности, некоторые титановые сплавы) не изменяют сопротивления деформированию при циклическом нагружении, форма диаграмм деформирования остается практически неизменной, а сами материалы относятся к циклически стабильным. На рис. 47 приведен характер изменения диаграмм при жестком и мягком нагружении описанных групп материалов.

Период I, характеризующийся неустойчивым сопротивлением развитию микропластических деформаций сплава при циклических нагруже-ниях, крайне мал и составляет несколько десятков циклов. Период II включает основное время работы образца. Для циклически разупроч-няющихся материалов характерно некоторое возрастание пластических деформаций в периоде II, а для упрочняющихся — незначительное уменьшение размаха пластических деформаций. Для оценки работоспособно-

Переход от жесткого к мягкому режиму нагружения вносит изменения в характер деформирования материала. При мягком нагружении, как и при жестком, изменение характера деформирования можно разбить на три периода. В первом периоде протяженностью от единиц до нескольких десятков циклов происходит некоторое увеличение ширины петли пластической деформации, во втором периоде для циклически разупрочняющихся материалов ее размах непрерывно возрастает. Для циклически упрочняющихся материалов ширина петли сокращается, а для циклически стабильных материалов она постоянна. В третьем периоде для всех материалов характерно увеличение ширины петли пластической деформации. Несущая способность определяется в основном длительностью первого и второго периодов, которые занимают более 0,9 от общей долговечности.

направлениях армирования, причем прочность будет зависеть от количества слоев, уложенных в этом направлении. Для данных материалов характерно, что оси упругой симметрии совпадают с направлением укладки армирующего материала.

Графит, как известно, ниже 300° С практически не реагирует с кислородом. Скорость реакции растет с повышением температуры окисления, причем для всех рассмотренных в-, работе [59, с. 80] материалов характерно близкое к линейному возрастание скорости окисления в токе воздуха с температурой вплоть до 750—850° С. В этой области, по мнению Г. М. Волкова [57, с. 80], основным механизмом окисления является внутрипористое реагирование, состоящее в окислении неравномерно распределенного между зерен наполнителя закоксовав-шегося связующего. На рис. 1.12 приведена зависимость скорости окисления от температуры для различных образцов промышленного графита марки ГМЗ. Увеличение плотности-графита снижает скорость его окисления.

Из таблицы видно, что для графитированных материалов характерно более значительное изменение твердости по сравнению с неграфитированными. Для температуры обработки 2000° С отношение Я0бл/#исх минимально, подобно тому как это имеет место при изменении модуля упругости.

При облучении в области температуры 100—300° С проявляются анизотропные свойства графита. Высокотекстурованные анизотропные материалы испытывают рост в направлении преимущественного расположения с-осей кристаллитов и сжатие в перпендикулярном направлении, в то время как для изотропных материалов характерно увеличение размеров и в том и в другом направлении. При температуре «100е С распухание может достигать 10—12%. Эффект изменения размеров уменьшается с повышением температуры облучения. Совершенство кристаллической структуры практически не сказывается на размерных эффектах при температуре облучения до 250—300° С, если размер кристаллитов больше 200 А, что характерно для реакторного графита.

Расположение волокон. Некоторые типы композиционных материалов не имеют четко выраженной противофаз-ности расположения волокон в смежных элементах. Для этих материалов характерно наличие одинаковых форм искривления волокон во всем объеме и смещение искривлений по фазе в направлении оси 1 в смежных элементах на часть периода. В зависимости от относительного смещения по фазе упаковка искривленных волокон в смежных элементах может быть однофазной, противофазной или иметь средний характер. Приближенно оценить значения упругих констант материалов с искривленными волокнами, смещенными по фазе, можно по моделям для композиционных материалов с противофазно и однофазно искривленными волокнами. Погрешность расчета может быть оценена сравнением характеристик материалов, имеющих однофазное и противофазное расположение волокон в смежных элементах. Степень и закон искривления волокон в материалах обоих типов при этом принимают одинаковыми.