Закономерности накопления

Механизм обесцинкования не получил еще удовлетворительного объяснения. Имеются две точки зрения. Первая предполагает, что первоначально протекает коррозия всего сплава, а затем медь осаждается на поверхности из раствора с образованием пористого внешнего слоя. Согласно второй, цинк, диффундируя к поверхности сплава, преимущественно растворяется; принятом поверхностный слой обогащается медью. Каждую из этих гипотез можно успешно применить для объяснения явлений, наблюдающихся в определенных случаях обесцинкования. Однако накопленные факты свидетельствуют, что второй механизм применим намного чаще. Пикеринг и Вагнер [17, 18] предположили, что объемная диффузия цинка происходит вследствие образования поверхностных вакансий, в частности двойных. Они образуются в результате анодного растворения, а затем диффундируют при комнатной температуре в глубь сплава (коэффициент диффузии для дивакансий в меди при 25 °С D =1,3-10~12 см2/с) 117], заполняясь преимущественно атомами цинка и создавая градиент концентраций цинка. Данные рентгеновских исследований обесцин-кованных слоев е-латуни (сплав Zn—Си с 86 ат. % Zn) и ^-латуни (сплав Zn—Си с 65 ат. % Zn) показали, что в обедненном сплаве происходит взаимная диффузия цинка и меди. При этом образуются новые фазы с большим содержанием меди (например, а-латунь), и изменение состава в этих фазах всегда идет в сторону увеличения содержания меди. Как отмечалось ранее, аналогичные закономерности наблюдаются в системе сплавов золото— медь, коррозия которых идет преимущественно за счет растворения меди. Растворения золота из этих сплавов не обнаруживают. В результате коррозии на поверхности возникает остаточный пористый слой сплава или чистого золота. Скопления двойников, часто наблюдаемые в' полностью или частично обесцинкованных слоях латуни, также свидетельствуют в пользу механизма, связанного с объемной диффузией [19]. Это предположение встречает ряд возражений [20], однако данные рентгеноструктурного анализа обедненных цинком слоев невозможно удовлетворительно объяснить, исходя из концепции повторного осаждения меди. Хотя предложен ряд объяснений ингибирующего действия мышьяка, сурьмы или фосфора на обесцинкование а-латуни (но не (3-латуни), механизм этого явления нельзя считать полностью установленным.

Иные закономерности наблюдаются для сплавов, образованных переходными металлами, находящимися в середине рядов, например марганцем и хромом, атомы которых в свободном состоянии имеют полузаполненные 3d5-электронные оболочки. В сплавах с непереходными элементами эти металлы, в отличие от Pd или Ni, не проявляют тенденции к заполнению Sd-электронной полосы,

Интересные закономерности наблюдаются также для жидких растворов железа, кобальта и никеля с непереходными элементами. Согласно недавним исследованиям [21], эти сплавы можно подразделить на два типа. Для первого, к которому относятся сплавы с поливалентными ^-элементами (Ga, Ge, Sn), наблюдается постепенное заполнение Зй!-электронной полосы переходных металлов за счет валентных электронов второго компонента. Ко второму типу принадлежат сплавы с золотом, для них не наблюдается эффекта заполнения d-электронной полосы по мере увеличения концентрации золота; при любом содержании переходного металла в растворе сохраняется ее дефектность.

Рис. 13. Влияние анизотропии структуры и направление приложения напряжений на сопротивление КР для прессованных полуфабрикатов сплава 7075-Т6 (те же закономерности наблюдаются и для других полуфабрикатов сплава 7075, а также для других высоко.-прочных сплавов в состоянии, чувствительном к КР Г511):

тельностью к КР, устойчивого в дистиллированной воде, зависимость скорости роста трещины от концентрации имеет постоянно изменяющийся характер (кривая С). Такие же закономерности наблюдаются и в изменении величины /CiKp от концентрации (см. рис. 14,6).

Однако при движении вязких нефтей и масел по соответствующим трубопроводам не меньшее значение имеет и закон Пуазейля. Ламинарным будет движение жидкости по капиллярам при течении крови по кровеносным сосудам, при движении питательных соков в стволах растений и деревьев. Близкие закономерности наблюдаются при движении воды или нефти в земле в тонкопористых грунтах.

Аналогичные явления и закономерности наблюдаются и при образовании адсорбционных слоев других гомологических рядов органических соединений, например нормальных парафинов, спиртов и пр. Соответствующие молекулы парафинов и спиртов отличаются от молекул жирных кислот только тем, что, вместо карбоксильной группы СООН, у первых стоит вторая метильная группа СН3, у вторых — гидроксил ОН.

Исследование интенсивности пульсаций скорости, автокорреляционной функции и спектральной плотности позволило выявить физическую природу интенсификации теплообмена в пучках витых труб. Оказалось, что дополнительная турбули-зация потока связана с закруткой и неравномерностью поля скорости в ядре потока. Так, сдвиг энергетического спектра турбулентности в область высоких частот (волновых чисел) по сравнению со спектром в круглой трубе, характеризующий возрастание диссипации энергии, наблюдается во всей области течения и для всех исследованных чисел Re и FrM. При этом максимальные значения интенсивности турбулентности наблюдаются в следе за местами касания соседних труб, где энергетический спектр сдвинут в область высоких частот в большей мере. Увеличение доли энергосодержащих вихрей с ростом числа FrM (увеличением относительного шага закрутки труб S/d) и уменьшение интенсивности турбулентности как за местами касания труб, так и в сквозных каналах, свидетельствует об уменьшении дополнительной турбулизации потока в пучке витых труб. Эти закономерности наблюдаются и при исследовании усредненных характеристик потока (коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления) [39].

содержанию кремния в металле и,о—1,^7о- Исследование п.ш-л-ния количества извести в шихте показало, что наилучшие показатели обеспечиваются при основности шлака (СаО + + MgO) : SiO2 = 1,8— 1,9. По данным (164], те же закономерности наблюдаются и при восстановлении окиси хрома безжелезистым силикохромом.

Аналогичные закономерности наблюдаются и при ползучести при переменной температуре. Если интервал изменений температуры (Тшх — Гщщ) сравнительно мал, то можно прогнозировать деформацию ползучести с помощью механического уравнения состояния (4.82), На рис. 4.37. а показаны 166, 67]

Нелегированный a-Si:H имеет большую фотопроводимость в видимой области спектра. Фоточувствительность (отношение фотопроводимости к темновой проводимости) составляет 104...107. При легировании фотопроводимость возрастает, а фоточувствительность уменьшается. Аналогичные закономерности наблюдаются и в «твердых растворах» на основе a-Si:H, которые обладают меньшей фотопроводимостью и фоточувствительностью, чем сам гидрированный кремний. При температурах выше комнатной основными центрами рекомбинации неосновных носителей заряда в аморфных гидрированных полупроводниках являются оборванные связи, концентрация которых в «твердых растворах» всегда больше, чем в a-Si:H. Ширина оптической запрещенной зоны в аморфных гидрированных полупроводниках возрастает по мере увеличения концентрации в них водорода, и для a-Si:H она составляет 1,6...1,8эВ. Введение в пленки a-Si:H германия позволяет уменьшить эту величину до 1,ОэВ, а введение углерода и азота увеличить ее до значений 2,5...3,2эВ и 5 эВ соответственно.

Рассмотрим теперь стадийность процессов пластической деформации и разрушения в условиях циклического деформирования. В дальнейшем мы будем рассматривать закономерности усталостного разрушения в основном в области многоцикловой усталости, хотя при рассмотрении многих аспектов проблемы мпогоцикловой и малоцикловой усталости бывает трудно разделить. Обобщенная диаграмма многоциюювой усталости, представленная на рис. 7, отражает основные закономерности накопления повреждаемости в основных периодах и стадиях процесса усталостного разрушения металлических материалов, имеющих на кривой статического растяжения физический предел текучести. В диапазоне циклических напряжений от стк до стти весь процесс усталости в зависимости от числа циклов нагружения можно разделить на два основных периода (по аналогии со стадийностью процессов пластической деформации и разрушения при статическом нагружении): зарождения усталостных трещин и распространения усталостных трещин (заштрихованная область на рис. 7).

На стадии циклического деформационного упрочнения происходит интенсивное повышение плотности дислокаций в пластичных металлических материалах (рис. 18). При этом наблюдается большое разнообразие формирующихся дислокационных структур в зависимости от типа кристаллической решетки и структурного состояния металлических материалов. Однако если просто изучать все многообразие дислокационных структур, то очень трудно иыявить общие закономерности накопления повреждений в процессе усталости. Важно рассмотреть эволюцию дислокационных структур при характерных (пороговых) условиях пластической деформации и разрушения. В этом смысле весьма перспективно привлечь к анализу представления синергетики (области научных исследований, целью которых является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы). Подходы синергетики позволяют описывать сложное поведение открытых систем (а образец или конструкция, которые испытываются на усталость, являются открытыми системами), не вступая в противоречие со вторым законом термодинамики. Синергетика оперирует диссипативными структурами, образующимися в неравновесных условиях в результате обмена энергией (или энергией и веществом) с окружающей средой при подводе внешней энергии к материалу.

и возможностью их распространения по всему его объему. Следовательно, для изучения процесса циклического разрушения прежде всего необходимо знать закономерности накопления повреждений и зарождения трещин в поверхностных слоях. Косвенной оценкой величины повреждений в металле является определение предельной пластичности при. статическом растяжении образца, предварительно подвергнутого циклическому нагружению разной длительности.

относительных долговечностеи стали подсчитывать по средним значениям испытаний 10—20 образцов. Но и в этом случае интервал изменения суммы относительных долговечностеи находится в пределах 0,6—1,6. При этом отклонения от единицы имеют детерминированную и случайную составляющие. Случайная составляющая связана со значительным рассеиванием долговечностеи при малом числе испытываемых образцов. Детерминированная составляющая связана с тем, что действительные закономерности накопления усталостных повреждений более сложны, чем простое линейное суммирование относительных долговечностеи. Так, например/ при многоцикловой усталости хорошо известно влияние предварительной обработки на отклонение суммы относительных долговечностеи в большую сторону. Вместе с тем даже кратковременные перегрузки могут оказать отрицательное влияние.

Способы управления кинетикой усталостных трещин (СУКУТ) удобно рассматривать по типам элементов конструкций: ленты разной толщины, массивные корпуса разной геометрии, сосуды под давлением, вращающиеся объекты-лопатки, лопасти, диски и т. д. Следует еще учитывать, что в однотипных элементах конструкции могут развиваться трещины в разных зонах, с различной геометрией фронта и его ориентировкой в пространстве: сквозные, поверхностные, уголковые, наклонные и др. Для управления их кинетикой могут применяться различные способы, учитывающие различные физические закономерности накопления повреждений. Даже зная, на какой стадии происходит развитие трещины, т. е. имея возможность оценить темп возрастания скорости роста трещины (ускорение) и прогнозировать длительность последующего периода стабильного роста трещины до достижения критического состояния, нельзя убедительно обосновать правомерность допуска конструкции с трещиной без операций по ее задержке.

восстановления работоспособности путем устранения дефектов. Далее, технологические операции, не использующие физические закономерности накопления усталостных повреждений, не рассматриваются для реализации принципа эксплуатации конструкций по безопасному повреждению.

В связи с этим важно иметь представление о том, какие варианты формирования излома при развитии усталостных трещин в титановых лопатках имели место, каковы закономерности накопления повреждений в лопатках за полет ВС или цикл запуска и остановки двигателя в эксплуатации (ПЦН). Сведения об анализируемых лопатках представлены в табл. 11.4.

Закономерности накопления усталостных процессов при нагружений с малой частотой отличаются от тех, которые имеют место при том же уровне нагрузок, но высокочастотном нагружений.

Малоцикловое нагружение сопровождается развитием общей или местной (в вершине надреза, трещины) пластической деформации, величина и закономерности накопления которой определяют условия перехода к предельному состоянию и контролируют характер разрушения материала (квазистатический, усталостный). Переход к усталостному многоцикловому разрушению сопровождается резким падением интенсивности предельной пластической деформации.

Процессы разрушения и деформирования при ползучести являются термоактивированными кинетическими процессами и происходят одновременно в течение практически всего времени пребывания материала под нагрузкой. Изучение процесса разрушения должно происходить в тесной связи с изучением процессов деформирования при ползучести. Поэтому прежде, чем рассматривать морфологические особенности разрушения, рассмотрим различные температурно-силовые области, в которых в основе процессов ползучести и разрушения лежат разные механизмы, вызывающие кинетические закономерности накопления деформации и несплошностей при ползучести. Этой цели служат так называемые карты механизмов ползучести и разрушения.

Эффективным мероприятием по уменьшению влияния гибки на процесс накопления поврежденности при ползучести является высокий отпуск. Отпуск при 710 °С в течение 1 ч приводит к перераспределению накопленных при пластической деформации дислокаций с образованием стенок и сеток. Вследствие частичной аннигиляции дислокаций их плотность несколько уменьшается. Закономерности накопления повреждений при испытании отпущенного металла приближаются к уровню исходного состояния независимо от структуры стали.