Воздействий индентора

04.14. Атом массы mi испытал неупругое столкновение с покоившейся молекулой массы т2. После соударения обе частицы разлетелись под углом 0 друг к другу с кинетическими энергиями ТУ и ТУ соответственно, причем молекула оказалась в возбужденном состоянии — ее внутренняя энергия увеличилась на определенную величину Q. Найти Q, а также пороговую кинетическую энергию атома, при которой возможен переход молекулы в данное возбужденное состояние.

ваются две частицы одинаковой массы и обладающие равными, но противоположными по направлению Скоростями ±v\. Чему будут равны скорости после столкновения? Центр масс покоится и должен оставаться в состоянии покоя, так что конечные скорости ±v2 должны быть равны по величине, но противоположны по направлению. Если столкновение упругое, то, как этого требует закон сохранения энергии, конечная скорость и2 должна быть равна по величине и противоположна по направлению начальной скорости v\. Если же в результате столкновения одна или обе частицы приходят в возбужденное состояние, то из закона сохранения энергии следует, что в этом случае v2 < v\. Если же одна или обе частицы первоначально уже находились в возбужденном состоянии за счет каких-то внутренних процессов, то после столкновения энергия их возбужденного состояния переходит в кинетическую энергию, и тогда У2 будет больше, чем v\.

Хорошим примером является ядро атома 57Fe. Оно образуется в возбужденном состоянии как продукт радиоактивного распада 67Со. Ядро 57Fe в возбужденном состоянии испускает фотон с энергией 14,4 кэВ, переходя при этом в ядро 67Fe в основном состоянии.

Представим себе, что ядро атома 57Fe находится в возбужденном состоянии в вакууме и до испускания остается неподвижным. В момент испускания фотона это ядро приобретает импульс отдачи в направлении, противоположном направлению движения фотона.

гия возбуждения быстро распределяется по всей молекуле, что увеличивает ее способность к длительному существованию в возбужденном состоянии;

альфа (ядра гелия)-, бета (электроны)- и гамма-лучи. Процесс распада объясняется следующим образом. Внутриядерные силы притяжения между протонами и нейтронами, входящими в состав ядра радиоактивных элементов, не обеспечивают достаточной устойчивости ядра. В результате наблюдается самопроизвольная перестройка менее устойчивых ядер в более устойчивые. Этот процесс, называемый естественным радиоактивным распадом, сопровождается испусканием альфа-бета-частиц и гамма-излучения, в результате чего образуется новое ядро, которое может оказаться в возбужденном состоянии. В свою очередь возбужденное ядро, переходя в нормальное, невозбужденное состояние, испускает избыток энергии в виде гамма-излучения. Спектр гамма-излучения не является сплошным, а включает излучение одной или нескольких дискретных энергий. Пробег альфа и бета-частиц в веществе очень мал, а гамма-кванты обладают существенно большей проникающей способностью. Из большого числа радиоактивных изотопов в радиационной дефектоскопии применяются лишь те, характеристики которых удовлетворяют трем основным требованиям дефектоскопии: они должны иметь высокую проникающую способность и интенсивность излучения и достаточно продолжительный период полураспада. Радиоактивный изотоп характеризуется периодом полураспада, энергией и спектром излучения, удельной активностью и гамма-постоянной.

В таком поверхностном слое, связанном с промежуточной фазой, атомы твердого тела находятся в возбужденном состоянии, так как даже в отсутствие внешних (механических воздействий на межфазные поверхностные слои влияет поверхностное натяжение. Однако вследствие симметрии поверхностного слоя обобщенное уравнение Ван-дер-Ваальса, описывающее гетерогенное равновесие, не содержит членов, характеризующих поверхностный слой, и, следовательно, можно использовать выводы теории гетерогенных систем, полученные без учета поверхностного натяжения. Растворение металлов в электролитах вполне соответствует модельной схеме Гуггенгейма, поскольку, например, растворение железа проходит через стадию образования промежуточ-

j Более реальным следует считать представление о преимущественном развитии механохимического эффекта в областях выхода линий скольжения, которые в обошСслучаях находятся в возбужденном состоянии и вносят подавляющий вклад в величину прироста тока по сравнению со всей остальной поверхностью (активной или пассивной). Этот вклад, равный деформационному приросту тока реакции ионизации металла, определяется деформационным сдвигом химического потенциала атомов металлического электрода, одинаково влияющим на первичный акт перехода для активного и пассивного состояний, различающихся последующими промежуточными стадиями. Как в пленочной, так и в адсорбционной теориях пассивности считается установленным образование поверхностных хемосорбционных (промежуточных) соединений. На первичный акт перехода ион-атома металла при образовании такого промежуточного соединения оказывает влияние механическое воздействие на металлический электрод.

В таком поверхностном слое, связанном с промежуточной фазой, атомы твердого тела находятся в возбужденном состоянии, так как даже в отсутствие внешних механических воздействий на межфазные поверхностные слои влияет поверхностное натяжение. Однако вследствие симметрии поверхностного слоя обобщенное уравнение Ван-дер-Ваальса, описывающее гетерогенное равновесие, не содержит членов, характеризующих поверхностный слой, и, следовательно, можно использовать выводы теории гетероген-. ных систем, полученные без учета поверхностного натяжения. Растворение металлов в электролитах вполне соответствует модельной схеме Гуггенгейма, поскольку, например, растворение железа проходит через стадию образования промежуточных гидро-закисных соединений железа, с которыми твердая фаза находится

Более реальным следует считать представление о преимущественном развитии механохимического эффекта в областях выхода линий скольжения, которые в обоих случаях находятся в возбужденном состоянии и вносят подавляющий вклад в величину прироста тока по сравнению со всей остальной поверхностью (активной или пассивной). Этот вклад, равный деформационному приросту тока реакции ионизации металла, определяется деформационным сдвигом химического потенциала атомов металлического электрода, одинаково влияющим на первичный акт перехода для активного и пассивного состояний, различающихся последующими промежуточными стадиями. Как в пленочной, так и в адсорбционной теориях пассивности считается установленным образование поверхностных хемосорбционных (промежуточных) соединений. На первичный акт перехода ион-атома металла при образовании такого промежуточного соединения оказывает влияние механическое воздействие на металлический электрод.

Атомы 238U могут и будут поглощать фотоны криптонового лазера, но поскольку эти атомы не находятся в возбужденном состоянии (они не могут поглотить фотоны ксеноно-вого лазера), то они не будут ионизироваться.

Зависимость относительной упругой деформации решетки от числа воздействий индентора

Зависимость коэффициента трения от числа воздействий индентора

Учитывая влияние силы трения (смазки) на характер распределения пластической деформации по глубине, его исследование проводилось в условиях сухого трения, трения со смазкой часовым маслом и дисульфидом молибдена [105]. Процесс трения осуществлялся при скольжении индентора из стали ШХ-15 в одном направлении под нагрузкой 15 кгс по отожженным образцам из полированной стали 45. Число проходов индентора соответствовало установившемуся (по коэффициенту трения) режиму испытания (рис. 21). Зависимость коэффициента трения от числа воздействий индентора при смазке дисульфидом молибдена аналогична зависимости в условиях трения со смазкой часовым маслом (см. рис. 21), но его абсолютное значение несколько меньше — порядка 0,1.

На рис. 23 представлена зависимость ширины линий (220) a-Fe от числа воздействий индентора при нормальных нагрузках 10, 20, 50 и 100 кгс, что соответствует максимальным контактным давлениям по Герцу 79, 112, 151 и 173 кгс/мм2 соответственно. Произвольный выбор интервала исследования позволяет получить обычную кривую с «насыщением». После некоторого числа воздействий происходит стабилизация значений ширины дифракционных линий, материал упрочняется до уровня тем большего, чем больше нагрузка. Установившееся значение ширины линии (220) a-Fe почти в 1,5 раза больше исходного при нагрузке на индентор 10 кгс и в 3 раза при нагрузке 100 кгс. Однако обращает на себя внимание некоторое своеобразие в изменении ширины рентгеновских линий на начальной стадии процесса. Так, после десяти проходов индентора ширина линии (220) a-Fe при нормальной нагрузке Р = 20 кгс значительно больше, чем при Р = 50 кгс. В то же время значения ширины линии (220) a-Fe при Р — 10 кгс после п = 100 и п = 500 отличаются друг от друга почти на 16%, что значительно превосходит допустимую ошибку в измерении ширины линий (7—8%). Следует отметить, что аналогичные отклонения наблюдались ранее, например в [108], при исследовании процесса шлифования и были отнесены за счет погрешности измерения. Однако отклонения, которые наблюдаются на рис. 23 можно рассматривать и с

Из представленных на рис. 26 [110] результатов следует, что зависимость ширины дифракционных линий (110) и (220) a-Fe от числа воздействий индентора отражает два вида структурных изменений в процессе трения, которые характеризуются или кривыми с «насыщением», или периодически изменяющимися кривыми. Сравнительная оценка характера изменения блоков и микронапряжений по данным рис. 26 показала, что изменение величины относительной упругой деформации решетки в процессе трения носит периодический характер, аналогичный линии (220) a-Fe, в то время как величина блоков уменьшается на начальной стадии процесса, а затем стабилизируется одновременно со стабилизацией ширины линии (НО) a-Fe при значениях тем меньших, чем больше нагрузка.

Зависимость ширины линий (110) и (220) a-Fe от числа воздействий индентора

Микрофотографии поверхности трения после различного числа воздействий индентора

ляются при п = 14 -и 16, что хорошо совпадает с числом циклов, при котором происходит уменьшение ширины линии (220) a-Fe (рис. 26 и 28, в), и, таким образом, уменьшение ширины дифракционных линий происходит в результате нарушения сплошности материала. По мере роста числа воздействий индентора количество микротрещин увеличивается, видны участки, на которых произошло отделение частиц износа (рис. 28, г). Качество поверхности ухудшается с 11-го класса в исходном состоянии до 8-го в

Зависимость относительного изменения электросопротивления от числа воздействий индентора при различных нагрузках и толщине образцов-

что свидетельствует о совпадении числа циклов до разрушения, зафиксированного двумя методами (рис. 31) [103], и правильности представлений о причинах, обусловливающих разрушение поверхностного слоя. Таким образом, интегральная информация об изменении состояния образца в процессе трения, полученная методом измерения электросопротивления, как качественно, так и количественно подтвердила характер накопления пластической деформации в поверхностных слоях стали 45, выявленный методами рентгеновского анализа. Следует отметить, что в отличие от ширины дифракционных линий электросопротивление очень чувствительно к нарушению сплошности материала. Любое уменьшение эффективного сечения образца (например, за счет образования микротрещин) приводит к увеличению электросопротивления. Некоторая тенденция к росту необратимой составляющей электросопротивления по мере роста числа воздействий индентора •свидетельствует о деструкции материала (см. рис. 30).

Зависимость микротвердости от числа воздействий индентора