Поверхность дислокаций

Конструкция соединений существенно зависит от вида поверхности соприкосновения соединяемых деталей. В этом смысле соединения можно подразделить на охватывающие и стыковые с разъемом по плоскости или, реже, по другой незамкнутой поверхности. К числу первых относится соединение вала со ступицей колеса. Их отличительной особенностью является замкнутость поверхности соприкосновения (это чаще всего цилиндрическая или коническая поверхность, но может быть и более сложная). Этим способом две детали могут быть соединены без помощи других дополнительных элементов, так как замкнутая поверхность действует как удержи-: вающая связь.

Оба случая могут быть поняты только как следствие возрастания числа повреждений защитного покрытия во времени и приближенно сводятся к степенному закону, показанному на рис. 22.3. К такой же зависимости от времени приводит и допущение, что покрытие с течением времени начинает пропускать больше кислорода и что покрытая поверхность действует как катод (см. раздел 4.2). Если после пуска в эксплуатацию системы катодной защиты в соответствии с ходом кри-

Сталь, заделанная в бетон, хорошо защищена от коррозии при условии, что бетон имеет достаточно низкую пористость, что в нем нет трещин и что слой бетона над сталью достаточно толст. Обычно рекомендуют толщину 20 мм. Стальная поверхность в контакте со щелочным бетоном пассивируется. Однако, если часть поверхности оказывается обнаженной, например в местах трещин в бетоне или на незаделанной части, там могут появляться активные участки, а они вместе с пассивной поверхностью, находящейся в бетоне, могут образовать так называемые активно-пассивные элементы (рис. 98). В этом случае активированная поверхность становится анодом и локально корродирует, а пассивная стальная поверхность действует как катод. Действие таких активно-пассивных элементов иногда ведет

Предположим, что руль приводится в движение мотором, вели чина вращающего момента которого не зависит от скорости вращения ротора. На рулевую поверхность действует воздушная нагрузка (момент относительно оси вращения руля), закон изменения которой показан на рис. 2, б. Определим закон движения рулевой гш-верхности. Напишем уравнение движения для механизма В-П (см. выражение (18))

Свободная от отложений поверхность действует так же, как катализатор химических реакций, глав-ньш образом окислительных. В зоне высоких температур в присутствии a-Fe2Os преобладает образование сульфатов из SO2.

Исходя из этих свойств гидростатического давления, можно получить основной закон гидростатики. Пусть жидкость находится в сосуде, а на ее свободную поверхность действует давление р0 (рис. 2.1). Определим давление р в произвольно выбранной точке, которая находится на глубине h.

Со стороны основного потока на эту поверхность действует сила давления, параллельная стенке и пропорциональная Г2р9 где г — радиус цилиндра, а р — среднее статическое давление в ядре потока. Пренебрегая испарением, смешением и вязкими силами на граничной поверхности, запишем условие баланса между потоком количества движения впрыскиваемой жидкости, параллельным стенке, и силой давления:

Со стороны основного потока на эту поверхность действует сила давления, параллельная стенке и пропорциональная Г2р9 где г — радиус цилиндра, а р — среднее статическое давление в ядре потока. Пренебрегая испарением, смешением и вязкими силами на граничной поверхности, запишем условие баланса между потоком количества движения впрыскиваемой жидкости, параллельным стенке, и силой давления:

Часто цилиндрические испытываемые образцы находятся в жидкости, а источник звука располагается на расстоянии а от них. На рис. 3.17 показано, как уменьшается звуковое давление в стальном цилиндре в водной среде в зависимости от расстояния от поверхности; в этом случае поверхность действует как рассеивающая линза.

ностная шероховатость играет чрезвычайно важную роль при построении изображений, в особенности в оптике скользящего падения, поскольку рассеяние на поверхностях «размывает» рентгеновский пучок по углам вокруг зеркально отраженного пучка, ухудшая тем самым разрешение. Шероховатость естественно ухудшает и разрешение оптических систем, использующих многослойную оптику. В одной из моделей [35, 36] шероховатость рассматривается в предположении, что поверхность действует как распределенная дифракционная решетка, период которой зависит от топографии поверхности. В другой [37] поверхность предполагается состоящей из граней, параллельных средней плоскости и характеризующихся статистическим распределением расстояний до этой плоскости, а также размеров и формы. В обеих моделях принимается гауссовское распределение параметров, определяющих топографию поверхности. Модель дифракционной решетки весьма интенсивно используется для анализа экспериментов с оптикой скользящего падения и будет детально рассмотрена ниже. Вторая модель применяется менее широко. В работе [53] она использована для определения влияния топографии поверхности на отражающую способность Cd3As2 в области длин волн свыше 2000 А и объяснения аномалии оптических констант, найденных из подобных измерений. Аналогичный подход использован в работе Матцушиты и других [54] для оптики скользящего падения. Все теории предсказывают одинаковые отношения интенсивности зеркальной 1а и незеркальной /ns компонент отраженного от шероховатой поверхности излучения к интенсивности излучения, отраженного идеально гладкой поверхностью lt из того же материала. Эти отношения называются интегральным рассеянием (TIS); они имеют следующий вид:

Третий из показанных на рис. 2.44, а импульсов соответствует процессу акселерационного типа. Когда дислокации противоположного знака сближаются и аннигилируют или дислокация выходит на поверхность кристалла и исчезает, их энергия преобразуется в упругую. Процессы сближения или выхода на поверхность дислокаций происходят с ускорением, отсюда название импульса этого типа. Энергия процесса аннигиляции дислокаций порядка 10~18... 10~16 Дж, длительность импульса — 10~и с, ширина спектра — сотни мегагерц. Другие дислокационные источники имеют большую длительность и энергию (до 10~6 Дж).

начала этого процесса, не выяснены. Неясна природа центров, на которых осуществляется плавление. Это могут быть вакансии, ва-кансионные агрегаты, области выхода на поверхность дислокаций.

Возможные причины остановки развития усталостной трещины: притупление вершины трещины коррозионным воздействием агрессивной среды и образование окисной пленки, эффективно задерживающей выход на поверхность дислокаций; уменьшение в поверхностном слое напряжений, вызванных температурным градиентом; выход трещины из зоны активного фрет-тинг-процесса; заваривание трещины при циклическом знакопеременном деформировании некоторых металлов (медь, алюминий) в вакууме.

Особенностью адсорбции на металлах является то, что далеко не все участки их поверхности обладают одинаковыми адсорбционными свойствами. Так, грани кристаллов, места выхода на поверхность дислокаций и т. п. обладают более высокой адсорбционной способностью, чем-остальные участки поверхности. Эти места называются активными адсорбционными центрами. Они занимают лишь незначительную часть поверхности, но именно они определяют адсорбцию компонентов раствора на поверхности твердого тела.

металла возникают линии и полосы скольжения, что обусловлено выходом на поверхность дислокаций и вакансий; эти образования являются анодными зонами и в них зарождаются трещины. На втором этапе происходит собственно углубление трещины в металл. Третий этап заключается в доломе образца (детали) по месту самой глубокой трещины, он протекает мгновенно. Таким образом, время до разрушения при коррозионной усталости определяется продолжительностью первых двух этапов. Для исследования коррозионной усталости создан комплекс методов и установок, широко используемый в лабораторной практике [1,26, 28,71,72].

К слабым поверхностно-активным по отношению к сталям средам относятся смеси различных углеводородов с примесями органических веществ, способных адсорбироваться на поверхности жирных кислот и их солей, а также высокомолекулярных спиртов. Эти вещества адсорбируются преимущественно на активных центрах, которыми обычно служат места выхода на поверхность дислокаций и вакансий. Проявление адсорбционного эффекта усиливается, как правило, с увеличением метастабиль-ности стали и дефектности кристаллического ее строения [17,

Однако разрывы поверхностных пленок и стойкие полосы скольжения на поверхности металла появляются не сразу. Для их появления необходимы при усталостном нагружении хотя бы несколько десятков циклов деформирования. Таким образом, время до появления на поверхности металла стойких анодных образований, на которых сосредоточивается локальная коррозия, можно считать первым (инкубационным) периодом зарождения трещин. Определяющий фактор на этом периоде — механическое воздействие (деформация). Роль среды сводится лишь к адсорбционному облегчению разрыва пленок и выхода на поверхность дислокаций, ступеньки от которых складываются в анодные полосы скольжения.

Процесс зарождения и ^развития трещин коррозионной усталости также можно разделить на несколько этапов. Этап I, как и при растрескивании, - инкубационный. На этом этапе вследствие деформационного выхода на поверхность дислокаций и образования полос скольжения на металле формируются анодные зоны локальной коррозии. Роль среды, по-видимому, сводится к адсорбционному облегчению (ускорению) выхода полос скольжения на поверхность металла, т. е. в определенной степени проявляется эффект Ребиндера. После формирования на металле стойких полос скольжения с более отрицательным электродным потенциалом, чем потенциал остальных участков поверхности [12], начинается локальная коррозия по месту полос скольжения, т. е. реализуется II этап развития трещин — их коррозионное зарождение.

Изучение влияния условий нагружения на характер изменения остаточных напряжений II рода показало [34], что при упруго-пластическом деформировании железа (выше предела выносливости) в воздухе уже при малой базе числа циклов нагружения (104 — 5 • 104 циклов) остаточные напряжения растут до 300—350 МПа и при дальнейшем увеличении базы испытания изменяются мало. В присутствии такой поверхностно-активной среды, как 2 %-ный раствор олеиновой кислоты в вазелиновом масле, характер изменения остаточных напряжений существенно меняется. При малых базах испытания уровень напряжений ниже, чем при испытании в воздухе, а при больших базах — значительно выше и достигает 900 — 950 МПа. Отсюда следует, что поверхностно-активные среды уменьшают энергию выхода на поверхность дислокаций и при напряжениях, превышающих предел выносливости, упрочнение металла происходит медленнее, но степень упрочнения с увеличением числа циклов нагружения значительно выше, чем при испытании в воздухе. При этом по данным рентгеновского анализа зерна феррита в поверхностно-активных средах более интенсивно дробятся на различно ориентированные субзерна, что выражается в 'большой степени наклепа. При низких уровнях напряжений вследствие охвата пластическим течением большого количества зерен поверхностно-активная среда разупрочняет металл.

Как подчеркивалось ранее, химическая активность смазочной среды зависит от температуры, давления, степени деформирования неровностей (поверхностей) каталитического воздействия металла, от механической активации приповерхностных слоев. Поверхностная активация связана с дефектами кристаллической решетки и электронным строением поверхности, с интенсивностью выхода на поверхность дислокаций и вакансий.

Механизм внешнего адсорбционного эффекта состоит в облегчении при деформировании выхода дислокаций на поверхность твердого тела в связи со снижением уровня поверхностной энергии при адсорбции. Механизм внутреннего адсорбционного эффекта заключается в облегчении образования новых поверхностей, возникающих при деформации твердого тела из развивающихся дефектов, вследствие снижения поверхностной энергии. Таким образом, пластифицирование поверхности в результате внешнего эффекта Ребиндера облегчает выход на поверхность дислокаций, увеличивает ее "дефектность" и вероятность зарождения усталостных трещин. Внутренний эффект Ребиндера приво-