Дать определение напряжениям I, II и III- рода. Причины возникновения.

 

 

В основе классификации внутренних напряжений лежит отличие в объемах, в которых эти напряжения уравновешиваются.

 

1. Напряжения 1 рода – макронапряжения (остаточные напряжения). Эти напряжения уравновешиваются в объеме всего образца или изделия.

Они имеют ориентацию, связанную с формой изделия. При наличии макронапряжений удаление какой-либо части детали пpиводит к нарушению равновесия между остальными ее частями, что вызывает деформирование (коробление и растрескивание) изделия.

Причина возникновения – неравномерность охлаждения (например, при закалке деталей). Поверхностные слои металла охлаждаются быстрее, внутренние – медленнее.

Наружная поверхность ее в виде кольцевого слоя охлаждается быстро и уменьшается в объеме. Внутренняя же зона охлаждается замедленно и потому препятствует сжатию наружного кольцевого слоя. В результате внутренняя зона металла окажется сжатой, а наружная — растянутой. В последующий период внутренняя зона, охлаждаясь, уменьшится в объеме и потянет к центру наружный кольцевой слой, стремясь уменьшить его диаметр. Но металл снаружи уже остыл и потому утратил пластичность. Теперь наружная зона играет роль жесткого кольца, которое уже не может уменьшиться по диаметру. Поэтому в заключительный период охлаждения в наружных слоях металла возникнут сжимающие напряжения. Внутренняя же зона металла, будучи связана с наружными слоями, не сможет уменьшиться в объеме, хотя и будет стремиться к этому. В результате в ней возникнут растягивающие внутренние напряжения. Растягивающие напряжения являются более опасными, чем сжимающие. При закалке массивных деталей, когда различие в температуре внутренних и наружных слоев достигает значительной величины, такие напряжения могут вызвать трещины или даже привести к полному разрушению металла, как это, например, бывает при закалке молотовых штампов.

 

2. Напряжения 2 рода – микронапряжения (микроискажения). Уравновешиваются в пределах отдельных кристаллов или блоков.

Могут быть как неориентированными, так и ориентированными (в направлении усилия, произведшего пластическую деформацию).

Такие напряжения вызываются структурными изменениями (при закалке). Различные структурные составляющие имеют различный удельный объем, например для стали: мартенсит — максимальный, аустенит — минимальный, перлит — средний между ними.

 

Представим себе цилиндрическую деталь из углеродистой стали, которая прокаливается не насквозь. Тогда после закалки в наружном кольцевом слое такой детали будет мартенситная структура, а в центральной части — перлитная. При образовании мартенсита объем стали возрастает, и поэтому наружное мартенситное кольцо будет стремиться увеличиться в диаметре. Но этому препятствует центральная зона, стремясь стянуть кольцо к центру. В результате в наружном мартенситном слое металла возникнут сжимающие напряжения, а в центральной зоне, наоборот,— растягивающие.

 

3. Напряжения 3 рода – статистические искажения решетки. Эти напряжения уравновешиваются в пределах небольших групп атомов.

При наличии микронапряжений и статических искажений удаление части тела не приводит к их перераспределению.

3.
В атомной решетке по различным причинам могут возникать искажения с нарушением правильного порядка расположения атомов, например дислокации. Атомы, расположенные в прилегающих к дислокации плоскостях, сдвигаются из своего нормального (равновесного) положения в данной решетке. Стремление этих атомов к упорядоченному расположению и вызывает появление внутренних межатомных напряжений. Кроме того, наличие твердых растворов приводит к распиранию решетки, к ее искажению, а следовательно, также вызывает внутренние межатомные напряжения.

 

Разрушение происходит большей частью под действием растягивающих напряжений. Сжимающие напряжения (их можно создать специальными технологическими процессами) снижают чувствительность материала к концентраторам напряжений и повышают усталостную прочность материала. Упругая деформация в изделиях приводит к смещению дифракционных рефлексов. Сумма главных напряжений: .

38. К каким изменениям на рентгенограмме приводят напряжения I, II и III- рода?

Напряжения разных типов приводят к различным изменениям рентгенограмм и дифрактограмм, чтo позволяет изучать внутренние напряжения рентгенографическими методами. Макронапряжения вызывают сдвиг интерференционных линий, особенно заметный под большими брэгговскими углами. Микронапряжения приводят к уширению линий.
Ориентированные микронапряжения могут также вызывать смещение линий. При наличии статических искажений, связанных со смещениями атомов из идеальных положений, уменьшается интенсивность интерференционных линий и возрастает диффузный фон. Эффект уменьшения интенсивности особенно заметен для линий с большими индексами.

 

Дефекты в кристаллах, связанные с микронапряжениями и статическими искажениями, делятся на два класса: ограниченные и бесконечно большие в одном или в двух направлениях. Дефекты относятся к первому классу, если создаваемые ими смещения убывают с расстоянием, как 1/r² (или быстрее), и ко второму классу, если смещения

убывают, как 1/r^2/З (или медленнее). Прямолинейные дислокации, проходящие через весь кристалл, являются бесконечно протяженными дефектами и вызывают уширение линий. К этому эффекту приводят также хаотически распределенные по кристаллу дефекты упаковки или системы дислокаций, образующие границы блоков в бесконечном кристалле.

 

Исследование микронапряжений.

Микронапряжения возникают вследствие:

1) пластической деформации поликристаллов;

2) неоднородности поля температур (разные КТР у разных фаз);

3) распада твердых растворов (некогерентность решеток);

4) локальных структурных превращений (например, цементация).

Микроискажения приводят к уширению рентгеновских линий, которое может быть

охарактеризовано величиной ∆d/d, где ∆d – максимальное отклонение межплоскостного

расстояния от среднего значения. ∆d/d = - ctgθ∆θ, т.е. эффект уширения линий растет с увеличением брэгговского угла.