3.2. Процессы механического разрушения металлов и сплавов
Можно считать установленным, что у металлов температурно-временная зависимость прочности, возникновение и развитие микротрещин обусловлены в основном двумя процессами: разрывом межатомных связей за счет тепловых
флуктуаций и направленной диффузией вакансий к трещинам.
Непосредственные
измерения величин энергии активации
разрушения, энергии самодиффузии,
энергии сублимации для ряда металлов
и сплавов и исследование характера их
изменения показывают, что в области
больших напряжений и сравнительно
низких температур (меньших 0,5
,
К;
Тпл
температура плавления) действует
механизм разрушения, обусловленный
процессом последовательного флуктуационного
разрыва атомных связей в кристаллической
решетке, и следовательно, справедлива
зависимость (8).
В области малых напряжений и высоких температур действует диффузионный механизм разрушения, основанный на росте трещинки путем притока вакансий или на образовании очагов нарушения связей в месте скопления избыточного числа вакансий, что приводит к температурно-временной зависимости прочности следующего вида [1]:
(10)
где D коэффициент объемной диффузии;
По количество объединившихся вакансий;
а атомный размер;
17
действующее напряжение;
Е модуль упругости;
К постоянная Больцмана;
С численная константа порядка единицы.
Параметры uо, о, , входящие в уравнение (8), полностью характеризующие в «низкотемпературной» области прочностные свойства металлов и сплавов во времени (при процессах разрушения и деформации), являются недостаточными для описания этих свойств при переходе в «высокотемпературную» область, где проявляется новый фактор дифференционная подвижность атомов, влияние которого на механизм разрушения становится при некоторых условиях преобладающим.
3.3. Процессы механического разрушения полимерных материалов
Процессы, вызывающие разрушение нагруженного полимерного материала, представляют собой процессы разрыва внутримолекулярных химических связей в результате тепловых флуктуаций, т. е. процессы термодиструкции полимерных цепей, активированные механическими напряжениями. Для полимерных материалов температурно-временная зависимость прочности (8) определяется кинетикой постепенного флуктуационного разрыва химических связей. Энергия активации процесса разрушения полимеров, уменьшающаяся под действием напряжения, соответствует энергии активации термодиструкции; при этом величина uо в формуле (8) представляет собой энергию активации процесса термодиструкции полимерных цепей в ненапряженном полимере, равную энергии химической связи между атомами в полимерной цепочке.
Большое практическое значение имеет знание закономерностей разрушения составных материалов, армированных волокнами. Механизм разрушения этих материалов представляется следующим. Вследствие того, что волокна имеют дефекты, распределенные по их длине, разрушение волокон происходит в некоторых случайных точках (сечениях) при нагрузках, меньших, чем общая разрушающая нагрузка для составного материала. В месте разрушения волокна возникает концентрация напряжений, которая при увеличении нагрузки может вызвать появление небольших местных трещин в связующем (основном) материале. В процессе дальнейшего нагружения за счет сдвига связующего материала смежные трещины соединяются друг с другом. Этот процесс разрыва во-
18
локон, возникновения местных трещин в основном материале и соединения смежных трещин продолжается непрерывно до общего разрушения составного материала.