Прочностью основного

11. Иванова B.C. К расчету физико-химических констант металлов, связанных с прочностью межатомной связи. В сб. Химия металлических сплавов.-М.: Наука, 1973.-С. 196-204.

4.4.1. Связь предельной плотности энергии деформации металлов с прочностью межатомной связи.

Л. Жильмо [24] развил идею о том, что поглощенная при деформации единицей объема металла предельная энергия контролируется прочностью межатомной связи. Это означает, что данная энергия является фундаментальной характеристикой сопротивления материала разрушению. Приняв, что поглощенная при пластической деформации металла удельная энергия равна поглощенной удельной энергии разрушения W совершенного кристалла, Л. Жильмо выразил связь-между теоретической прочностью на отрыв ст, и энергией W в виде:

Столбец III отвечает экспериментальным данным по прочности на растяжении нитевидных кристаллов (усов), а IV - расчетным значениям теоретической прочности на отрыв по соотношению (4.9). Очевидно удовлетворительное согласие значений at, рассчитанных по различным соотношениям, как между собой, так и с экспериментальными значениями прочности нитевидных кристаллов. Это подтверждает связь между удельной энергией предельной деформации W, необходимой для разрушения локального объема металла, и прочностью межатомной связи.

металлов с прочностью межатомной связи................................................................. 271

Жаропрочность металлов и сплавов определяется прочностью межатомной связи и структурным состоянием. Для чистых металлов значения межатомной связи и структуры заданы самой природой в минералах и они ограничивают температурные уровни их жаропрочности.

Критерий жаропрочности сплавов определяется двумя факторами: структурой кристаллической решетки и прочностью межатомной связи. Физические константы их приведены в табл. 2 и 106.

Жаропрочные стали должны обладать высоким сопротивлением химической коррозии, но вместе с тем обеспечивать надежную работу под нагрузкой (т.е. иметь достаточно высокие пределы ползучести и длительной прочности) при температурах эксплуатации выше 400...450°С. Температурный уровень жаропрочности сплавов в первую очередь определяется прочностью межатомной связи, которая может быть оценена рядом физических констант, в том числе температурой плавления. Однако при данной температуре плавления жаропрочность сильно зависит от температуры рекристаллизации. В связи с этим стали аустенитного класса имеют более высокую жаропрочность по сравнению со сталями перлитного класса.

В общем случае можно считать, что чистые металлы с большой прочностью межатомной связи имеют большую теплоту сублимации, высокую температуру плавления, большое значение 0, большой модуль упругости, малые коэффициенты сжимаемости и теплового расширения. Однако имеются отклонения от этой закономерности. Например, металлы с высокой температурой плавления—титан, цирконий и ниобий — имеют малые упругие константы.

чае теплоемкость меньше у структур с более высокой прочностью межатомной связи, поэтому у структур, более устойчивых в данном интервале температур, свободная энергия будет падать с повышением температуры менее интенсивно и при некоторой температуре новая структура может оказаться более стабильной.

Наиболее полно представления о корреляции между прочностью межатомной связи и энергией активации были недавно развиты Энгелем [10]. Его концепция основана на утверждении, что величина потенциального барьера при перескоке, как и прочность связи, определяется взаимодействием неспаренных электронов. Роль связывающих могут играть как внешние, так и d-электроны, особенно в переходных металлах.

с прочностью основного металла достигает 85—90%, при дуговой сварке угольным и металлическим электродом 70—80% и при газовой только 60—75%.

Наиболее трудно свариваются термически упрочняемые сплавы системы А1—Си—Mg (дуралюмины). При нагреве свыше 500 °С происходит оплавление границ зерен с образованием на расплавленных участках эвтектических выделений. После затвердевания эвтектика имеет пониженные механические свойства, что приводит к ох-рупчиванию з. т. в. и снижению ее прочности по сравнению с прочностью основного металла. Свойства з. т, в. не восстанавливаются термической обработкой.

не наблюдаемым в сплавах МА2 и МА2-1 системы Mg—Al—Zn—Mn. Прочность сварных соединений сплава МА13, выполненных с присадкой из этого же сплава, при повышенных темп-pax уравнивается с прочностью основного материала. При сварке с присадкой из магниевоториевого сплава с цинком и цирконием (Mg+3,3% Th+ +2,7% Zn+0,7% Zr) относит, прочность сварного соединения при комнатной темп-ре составляет 95—100% прочности основного материала, а при повышенных темп-рах уменьшается. Прочность сварных соединений сплавов MAI, MA8 и МА13 можно на 20—30% повысить проковкой сварного шва.

Для определения относительной прочности стыкового сварного шва по сравнению с прочностью основного металла применяют специальные образцы. Прочность сварного шва испытывают на образцах со снятым усилением, форма которых предусматривает обязательный разрыв по сварке. Показателем прочности является место разрыва образца. Диаграмму растяжения, по которой определяют пределы прочности и текучести, получают путем автоматической записи на машине Гагарина. Величину относительного-удлинения определяют измерением образца до и после испытаний.

лостной прочностью основного металла.

Наиболее трудно свариваются термически упрочняемые сплавы системы Al-Cu-Mg (дуралюмины). При нагреве свыше температуры 500 °С происходят оплавление границ зерен с образованием на расплавленных участках эвтектических выделений. После затвердевания эвтектика имеет пониженные механические свойства, что приводит к охрупчиванию з. т. в. и снижению ее прочности по сравнению с прочностью основного металла. Свойства з. т. в. не восстанавливаются термической обработкой.

Известны две разновидности сварки давлением: без нагрева (сварка взрывом, импульсом магнитной энергии, холодная сварка) и с нагревом (кузнечная, ультразвуковая, трением, диффузионная, высокочастотная, газопрессовая и контактная сварка). Природа образования соединения во всех случаях сварки как с нагревом, так и без него одна: это результат взаимодействия между активированными атомами соединяемых поверхностей. Различают три стадии процесса образования соединения при сварке давлением. На первой стадии образуется физический контакт, происходит активация поверхностей, которые сближаются на параметр кристаллической решетки, преодолевая энергетический барьер, но сохраняют устойчивое состояние, не сливаясь. На второй стадии образуется химическое соединение активированных поверхностей, происходит сварка - сближение атомов на расстояние межатомарного взаимодействия. Ширина границы раздела становится соизмеримой с шириной межзеренной границы, прочность соединения становится соизмеримой с прочностью основного металла. На третьей стадии происходит диффузионный обмен масс через объединенную поверхность соединения. При этом вновь полученная поверхность раздела размывается или расчленяется продуктами взаимодействия.

8. При сварке нагартованных или термически упрочненных алюминиевых сплавов снижается прочность сварного соединения по сравнению с прочностью основного металла.

Швы повышенной прочности по сравнению с прочностью основного металла обнаруживают несколько иные соотношения, чем швы из металла с той же прочностью, что и основной. Участки разрушения, если шов достаточно прочен, располагаются в околошовной зоне (рис.8.2.4) Прочность шва на продольный срез заметно возрастает, так как разрушение в этом случае происходит не по наименьшему сечению шва, а по основному металлу. Прочность фланговых и лобовых швов сближается и может стать практически одинаковой, так как в обоих случаях разрушение происходит срезом по линии ОБ на рис.8.2.1,а. Лобовые швы при растяжении (а = 0) начинают разрушаться не от корня шва, а от точки В, так как прочность основного металла на отрыв в зоне точки В оказывается ниже прочности металла шва на срез, испытывающего в зоне точки О дополнительное сжатие от момента (см.рис. 8.2.3,6) [42].

При относительно большой ширине прослойки (и > 0,5) влияние контактного упрочнения не сказывается и длительная прочность сварного соединения близка к соответствующему значению для свободно деформирующейся мягкой прослойки. С уменьшением толщины последней при сравнительно небольшом времени испытания (<^3) длительная прочность сварного соединения с прослойкой либо близка к длительной прочности основного металла (разрушения вдали от прослойки), либо находится между длительной прочностью основного металла и свободно деформирующейся мягкой прослойки. При большом времени до разрушения (?4), малой относительной толщине прослойки и высокой исходной прочности основного металла длительная прочность сварного соединения может быть даже ниже значений для свободной мягкой прослойки (последнее положение требует дополнительного экспериментального подтверждения). Во многих случаях разрушение по мягкой прослойке сопровождается заметным падением пластичности.

Низкое (в 2 раза меньшее) значение прочности образцов со снятым подкладным кольцом в сопоставлении с прочностью основного металла может быть объяснено наличием указанных технологических дефектов, а также разницей прочностных свойств и структурных состояний основного и направленного металлов. Помимо указанных факторов, на снижение сопротивления усталости соединения, по-видимому, неблагоприятное влияние оказала «мягкая» основа наплавленного металла в корне шва.