Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Физика конденсированного состояния. Дефекты строения в металлах

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 766568.01.99
Представлено описание современных представлений о дефектах кристаллической структуры, существенно влияющих на прочность и пластичность твердых тел. Дана краткая историография науки о прочности и пластичности. Описана роль внутреннего строения (типа кристаллической решетки, характера межатомного взаимодействия) в формировании прочности кристаллических твердых тел. Рассматриваются геометрические и энергетические характеристики, атомная структура точечных, линейных, поверхностных и объемных дефектов кристаллического строения. Для студентов машиностроительных направлений подготовки. Может быть полезно научно-исследовательским работникам, а также сотрудникам металлургической отрасли и проектных организаций.
Физика конденсированного состояния. Дефекты строения в металлах : учебник / А. Н. Чуканов, Н. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев [и др.] ; под ред. д-ра техн. наук. А. Н. Чуканова. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 300 с. - ISBN 978-5-9729-0703-8. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1833140 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

                ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ




ДЕФЕКТЫ СТРОЕНИЯ В МЕТАЛЛАХ


Учебник


Под редакцией д-ра техн. наук А. Н. Чуканова










Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 621.7
ББК 34.5
     Ф48


Авторы:
А. Н. Чуканов, Н. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев, А. Н. Сергеев, П. Н. Медведев, Ю. С. Дорохин, С. Н. Кутепов,
А. А. Яковенко, Д. В. Малий

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор кафедры физики В. В. Жигунов (Тульский государственный университет);
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой общетеоретических дисциплин для иностранных учащихся И. М. Лагун (Тульский государственный университет)



    Ф48       Физика конденсированного состояния. Дефекты строения

     в металлах : учебник / [А. Н. Чуканов и др.] ; под ред. д-ра техн. наук А. Н. Чуканова. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 300 с.
           ISBN 978-5-9729-0703-8

     Представлено описание современных представлений о дефектах кристаллической структуры, существенно влияющих на прочность и пластичность твердых тел. Дана краткая историография науки о прочности и пластичности. Описана роль внутреннего строения (типа кристаллической решетки, характера межатомного взаимодействия) в формировании прочности кристаллических твердых тел. Рассматриваются геометрические и энергетические характеристики, атомная структура точечных, линейных, поверхностных и объемных дефектов кристаллического строения.
     Для студентов машиностроительных направлений подготовки. Может быть полезно научно-исследовательским работникам, а также сотрудникам металлургической отрасли и проектных организаций.

УДК 621.7
ББК 34.5



ISBN 978-5-9729-0703-8

     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
     © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

        СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ......................................................6
1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ...................9
  1.1. Кристаллографическая структура и прочность материалов..9
    1.1.1. Основные исторические этапы формирования представлений о прочности и пластичности................................9
    1.1.2. Понятия прочности и пластичности................. 12
1.1.3. Работоспособность материала в конструкции. Основные свойства конструкционных материалов............ 17
    1.1.4. Конструктивная прочность и ее критерии........... 17
    1.1.5. Методы повышения конструктивной прочности........ 19
    1.1.6. Типы межатомных связей в твердых телах............20
    1.1.7. Кристаллическая структура металлов................23
    1.1.8. Контрольные вопросы и задания.....................26
  1.2. Точечные дефекты и их комплексы.......................28
    1.2.1. Типы точечных дефектов............................30
1.2.2. Искажения кристаллической решетки вокруг точечных дефектов........................................33
    1.2.3. Термодинамика точечных дефектов...................35
    1.2.4. Миграция вакансий и вакансионных комплексов.......37
1.2.5. Распределение и миграция междоузельных атомов и их комплексов...........................................42
    1.2.6. Комплексы примесных атомов с вакансией и междоузлием и их миграция..................................................47
    1.2.7. Способы введения неравновесной концентрации точечных дефектов.................................................51
1.2.8. Определение концентрации вакансий и энергии и их образования.........................................54
    1.2.9. Отжиг точечных дефектов в облученных металлах.....58
    1.2.10. Контрольные вопросы и задания....................62
  1.3. Темы докладов для семинарских занятий.................64
2. ЛИНЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ....................66
  2.1. Кристаллография пластической деформации...............66
    2.1.1. Теоретическая прочность на сдвиг..................73
  2.2. Основные типы дислокации, их свойства и методы наблюдения.76
    2.2.1. Контур и вектор Бюргерса..........................85
    2.2.2. Экспериментальные наблюдения дислокаций...........88

3

    2.2.3. Плотность дислокаций................................95
    2.2.4. Контрольные вопросы и задания.......................96
  2.3. Упругие свойства и взаимодействие дислокаций...........100
    2.3.1. Напряженное состояние вокруг дислокации........... 100
    2.3.2. Энергия дислокаций................................ 104
    2.3.3. Силы, действующие на дислокацию................... 106
    2.3.4. Упругое взаимодействие между дислокациями......... 110
    2.3.5. Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами... 114
    2.3.6. Контрольные вопросы и задания..................... 122
  2.4. Дислокации в металлах с различной кристаллической структурой ... 126
    2.4.1. Полные и частичные дислокации..................... 126
    2.4.2. Частичные дислокации как границы дефектов упаковки.... 127
    2.4.3. Условия дислокационных реакций.................... 134
    2.4.4. Типичные дислокации в кристаллах с ГЦК - решеткой. 135
    2.4.5. Типичные дислокации в ГПУ-кристаллах.............. 145
    2.4.6. Типичные дислокации в ОЦК-кристаллах.............. 149
    2.4.7. Контрольные вопросы и задания..................... 157
  2.5. Дисклинации............................................161
    2.5.1. Дисклинации в непрерывной упругой среде........... 161
    2.5.2. Дисклинации в кристаллической решетке............. 164
    2.5.3. Контрольные вопросы и задания..................... 168
  2.6. Темы докладов для семинарских занятий..................169

3. ПОВЕРХНОСТНЫЕ И ОБЪЁМНЫЕ ДЕФЕКТЫ
КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ.....................................170
  3.1. Типы и строение поверхностных дефектов в металлах......170
    3.1.1. Типы поверхностных дефектов кристаллического строения. 170
    3.1.2. Геометрия границ и субграниц...................... 171
    3.1.3. Основные типы дислокационных границ............... 176
        3.1.3.1. Наклонные дислокационные границы............ 177
        3.1.3.2. Границы кручения............................ 180
        3.1.3.3. Дислокационные стенки....................... 181
        3.1.3.4. Двойниковые границы......................... 182
        3.1.3.5. Антифазные границы в упорядоченных сплавах...... 184
    3.1.4. Движение дислокационных границ зерен.............. 185
    3.1.5. Специальные и произвольные границы................ 186
    3.1.6. Зернограничные дислокации......................... 190
    3.1.7. Поверхности между фазами.......................... 196
    3.1.8. Энергия дислокационных границ зерен............... 197
    3.1.9. Контрольные вопросы и задания......................200

4

  3.2. Природа и морфология объемных дефектов в твёрдых телах..203
    3.2.1. Поры как фазово-структурные неоднородности твердого тела ... 204
    3.2.2. Морфологические характеристики пор.................209
        З.2.2.1. Типы пор и модели пористых систем............209
        3.2.2.2. Факторы, определяющие форму пор..............210
        3.2.2.3. Распределения и классификации пор по размерам.218
3.2.3. Фазовые состояния и принципы термодинамики пористых систем...........................................223
    3.2.4. Контрольные вопросы и задания......................224
  3.3. Влияние пористости на свойства твёрдых тел..............225
    3.3.1. Влияние пористости на физико-механические свойства..225
        3.3.1.1. Роль пор при сверхпластическом течении (СПТ) материалов............................................232
        3.3.1.2. Влияние залечивания микронесплошностей на долговечность и модуль упругости материалов...........234
    3.3.2. Пористость и физико-химические свойства............239
        3.3.2.1. Роль пор в процессах сорбции и катализа......239
  3.4. Деформационная повреждаемость и кинетика разрушения....241
    3.4.1. Классификация деформационных микронесплошностей....241
    3.4.2. Зародышевые микронесплошности......................243
    3.4.3. Общие представления о влиянии несплошностей на кинетику разрушения.................................................253
    3.4.4. Распределение несплошностей по размерам и их вклад в деформационное разуплотнение...............................257
    3.4.5. Кинетика накопления и развития несплошностей при разрушении в области умеренных температур..............261
        3.4.5.1. Вязкое состояние.............................261
        3.4.5.2. Квазихрупкое состояние.......................267
        3.4.5.3. Стадийность и механизмы микроразрушения......270
    3.4.6. Контрольные вопросы и задания......................278

ЛИТЕРАТУРА....................................................280

5

        ВВЕДЕНИЕ


    Представления о прочности и пластичности твердых тел являются одними из древнейших и насчитывают уже не одно тысячелетие. Однако, лишь в последнее столетие удалось создать научные основы прочности и пластичности кристаллических материалов, рассчитать и экспериментально подтвердить теоретическую прочность кристаллов, создать теории и модели на атомном уровне элементарных дефектов кристаллической решетки, объяснить причины малой прочности реальных макрокристаллов, установить взаимосвязь между прочностью и типом, количеством и объемным распределением дефектов решетки, определить пути создания высокопрочных структур.
    Революционным для развития физики прочности и пластичности кристаллических тел, кристаллофизики и вообще физики твердого тела стало введение в 30-х годах XX века представлений, а затем и создание теории дислокаций как элементарных носителей пластичности в реальных кристаллах.
    Понятие «реальный кристалл» чрезвычайно широко. При малой концентрации структурных несовершенств реальный кристалл в пределе переходит в идеальный, приобретая качественно новые свойства. При большом содержании дефектов реальный кристалл в пределе приобретает аморфную структуру и свойства, характерные для аморфного состояния. Воздействие на реальную структуру твердых тел является одним из способов управления их свойствами. Например, в зависимости от концентрации точечных дефектов коэффициент диффузии в металлах может меняться на семь порядков, в таком же диапазоне меняется электропроводность полупроводника.
    Исходя из этого, основное внимание в первом разделе данного учебника уделено физическим основам прочности и пластичности кристаллических твердых тел, а также роли точечных дефектов в их формировании.
    Техническая прочность твердых тел отличается от теоретической (предельной) на три-четыре порядка. Исключив возможность влияния несовершенств, можно реализовать теоретическую прочность. Каждому понятно, насколько это важно для практических целей.
    Предметом изучения предлагаемого в данном учебнике курса «Физики конденсированного состояния» являются кристаллофизические основы формирования важнейших из эксплуатационных свойств твердых тел - прочности и пластичности. Наличие и развитость указанных свойств прямо связаны с прочностью межатомных и межмолекулярных связей, то есть силами этих связей. Преодоление их при внешних воздействиях на материал вплоть до разрушения и определяет прочность как самого материала, так и изделий из него. Вследствие максимальной величины сил межатомного взаимодействия в кристаллических твердых телах практически отсутствует относительно свободное движение атомов и молекул, существующее в газах, жидкостях, растворах, полимерах и стеклах.
    Вначале необходимо определить, что несет в себе понятие «прочность». О какой прочности (или прочности чего, какого объекта) будет идти речь.

6

Это тем более важно, что в дальнейшем на базе науки о прочности возникает целая область физического материаловедения, призванная создать физические основы «высокопрочного состояния» материала и научить инженеров-практиков изготавливать материалы с заданной и контролируемой в процессе эксплуатации прочностью (физика программного упрочнения).
    Среди дефектов строения особую роль в физике твердого тела и физическом материаловедении играют линейные дефекты - дислокации.
    Во втором разделе учебника описаны основные типы и свойства дислокаций, элементы теории дислокаций. В теории прочности и пластичности реальных кристаллов дислокации играют примерно такую же роль, как электроны в теории металлов. Дислокации являются элементарными носителями пластической (сдвиговой) деформации кристаллов.
    Долгое время существование дислокаций являлось чисто формальным понятием. Лишь начиная с 50-х годов XX века методами прямого наблюдения (электронной микроскопией) удалось осуществить непосредственное наблюдение и изучение динамики дислокаций.
    Исследование структуры и свойств дислокаций, их поведения в кристаллах при различных видах внешнего воздействия дало объяснение многим физическим явлениям. Только с появлением теории дислокаций стало возможным понять природу пластической деформации, причины малой прочности реальных дефектных кристаллов, определить пути повышения прочности кристаллических тел, разработать способы создания материалов с заданным комплексом физико-механических свойств.
    В третьем разделе учебника описаны основные типы и свойства поверхностных дефектов, а также элементы теорий их влияния на формирование свойств металлов и их эволюция в условиях внешних воздействий.
    Поверхностные дефекты (дефекты упаковки, мало- и высокоугловые границы зерен и субзерен, двойники) с одной стороны, активно противодействуют перемещению дислокаций и точечных дефектов, а, с другой - приводят к специфическим проявлениям пластического течения.
    Исследование структуры и свойств поверхностных дефектов, их поведения в кристаллах при различных видах внешнего воздействия дало объяснение многим физическим явлениям. С появлением теории дислокаций стало возможным описать внутреннее строение поверхностных дефектов и их роль в упрочнении и протекании пластической деформации.
    Оценка вклада поверхностных дефектов строения в указанные процессы определила пути повышения прочности кристаллических тел и разработку способов создания материалов с заданным комплексом физико-механических свойств.
    Использована методологическая концепция рассмотрения объемных дефектов как фазово-структурных неоднородностей твердого тела, их происхождения, морфологии, фазовых состояний, принципов термодинамики и возможности диаграммного представления пористых систем. Рассмотрены механизмы

7

и кинетика процессов образования пор конденсационного, кристаллизационного, диффузионного, деформационного происхождения, характер их поведения в условиях многофакторных внешних воздействий, возможности залечивания пор для повышения ресурса работоспособности конструкционных материалов.

8

        1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ

1.1. Кристаллографическая структура и прочность материалов

    1.1.1. Основные исторические этапы формирования представлений о прочности и пластичности

    Для ответа на вопросы о смысле понятий «прочность» и «пластичность» придется вернуться на 90-100 лет назад к истокам физики прочности и пластичности. Вот как описал это Лев Иосифович Миркин в своей монографии «Физические основы прочности и пластичности». «... В 30-е годы двадцатого века в различных странах крупные ученые стараются ответить на вопрос о том, почему твердые тела имеют разную прочность и как эта прочность связана со структурой (расположением атомов). Многолетними усилиями инженеров-металлургов и машиностроителей уже накоплен колоссальный материал о механических свойствах металлов, хорошо известно, как надо деформировать или закаливать сталь для получения высоких механических характеристик, неизвестно только, почему именно такая обработка дает данные механические свойства. Бурно развивается рентгеноструктурный анализ. В работах Г. С. Жданова, Г. В. Курдюмова, Я. С. Уманского в нашей стране, в работах многих зарубежных ученых установлено, каково расположение атомов практически во всех технических материалах и как оно меняется при фазовых превращениях.
    В. И. Ивероновой, Б. М. Ровинским, Ю. С. Терминасовым установлены основные зависимости изменения рентгенограмм кристаллов при различных видах пластической деформации.
    Из океана экспериментальных фактов уже можно выделить основные особенности пластической деформации кристаллов, в частности то, что сдвиг кристалла при деформации напоминает сдвиг колоды карт, на поверхности кристалла возникают рельефные линии скольжения, вдоль которых материал сдвигается без нарушения сплошности. Если известна кристаллическая структура материала, то нетрудно подсчитать напряжение, необходимое для сдвига в нем вдоль полосы скольжения, то есть для пластической деформации. Изменение параметров модели (например, изменение принятого вида зависимости сил межатомного взаимодействия от расстояния между атомами) не приводят к существенному изменению этой величины.
    Расчет теоретической величины предела текучести изящен, он очень прост и не требует знания математики, превышающего программу средней школы, его вполне можно было бы положить в основу инженерных расчетов прочности материалов, если бы не одно обстоятельство. Теоретическая величина предела текучести для металла в этом случае составляет около 1000 кг/мм² (9821 МПа), а экспериментальные величины, измеренные на многих кристаллах сотнями исследователей, имеют порядок 0,1 кг/мм² (0,9821 МПа).


9

    Конечно, ни о каком практическом применении к инженерным проблемам теории, дающей расхождение с экспериментом на четыре порядка, не могло быть и речи.
    И тогда, почти одновременно нескольким ученым в разных странах, пришла в голову идея, давшая принципиальное решение вопроса. Решение, как и все крупные идеи, было очень простым: вводился дополнительный фактор -фактор времени. Утверждалось, что сдвиг в материале происходит не одновременно по всей линии скольжения, а распространяется постепенно. Если это так, то в каждый момент времени напряжение должно быть достаточным только для прохождения некоторого элементарного сдвига, например, на одно межатомное расстояние. Элементарные носители пластичности были названы дислокациями (Я. И. Френкель, Дж. Тейлор, Е. Орован) или зацеплениями (А. Кохендорфер).
    Введение понятия дислокаций было революционным не только для физики прочности и пластичности, но и для других областей кристаллофизики, так как оно позволило рассматривать не идеальный кристалл с правильным расположением атомов, а реальный кристалл, содержащий дефекты (местные неправильности в расположении атомов).
    Начало развития строгой теории дислокаций связано с именем Дж. Бюргерса, в честь которого основная характеристика дислокаций названа вектором Бюргерса. С этим временем (сороковые годы XX века) связан один из самых неожиданных поворотов в теории дислокаций. Когда ученые взялись за создание теории, оказалось... что основы этой теории существуют уже несколько десятков лет. В конце девятнадцатого и в начале двадцатого века в Германии и Италии работали математики, многое сделавшие для развития математической теории упругости. Г. Вейнгартен, А. Сомиглиана и В. Вольтерра ввели в теорию упругости особые виды деформаций, названные «дислокациями», и провели строгое решение плоской задачи теории упругости для этих «дислокаций». Окончательные результаты исследований были опубликованы в начале двадцатого века в журнале с колоритным названием «Труды академии рысей».
    Теперь читатель подготовлен к тому, чтобы услышать трогательную историю о забытых работах крупных ученых, неожиданно обнаруженных в архивах. Однако ничего подобного не произошло, никто этих работ не забывал, более того во всех классических курсах теории упругости за последние пятьдесят лет (например, в книгах А. Лява, Н. И. Мусхелишвили) был параграф, посвященный плоской задаче теории упругости для дислокаций.
    Все дело в узкой специализации ученых: физики и механики, занимавшиеся упругостью и пластичностью кристаллов, не понимали друг друга (кстати, нельзя с уверенностью утверждать, что они хорошо понимают друг друга сейчас).
    Итак, теория была найдена, атомные модели элементарных дефектов были построены, теория дислокаций стала быстро развиваться, осталось немногое: доказать, что дислокации - это не выдумка, а реальность, увидеть хотя бы одну дислокацию.
    На то, чтобы увидеть дислокации, потребовалось почти двадцать лет работы крупных научных коллективов во многих странах.

10

    За эти двадцать лет были взлеты и падения, были призывы к отказу от теории дислокаций ввиду ее бесперспективности и даже идеалистической направленности (носителем пластичности является нечто, чего нельзя увидеть).
    В начале пятидесятых годов в нашей стране почти не было людей, знающих теорию дислокаций, не было даже терминологии теории на русском языке. Нелегкую задачу пропаганды теории дислокаций в эти годы могли взять на себя только люди, уже обладавшие достаточно крупным научным авторитетом для того, чтобы противостоять многочисленным нападкам противников новой теории. В металловедении это было сделано И. А. Одингом, в кристаллографии - В. И. Ивероновой, в механике - Ю. Н. Работновым.
    Немалую роль в распространении теории дислокаций сыграли обзорные работы В. Л. Инденбома и А. Н. Орлова, переводы иностранных книг и статей под редакцией М. Л. Бернштейна. Имело значение также создание реферативных журналов «Металлургия», «Механика» и «Физика», где соответствующие разделы вели В. С. Иванова, С. А. Шестериков и И. Л. Миркин. В начале 60-х годов в нашей стране были получены первые крупные результаты в теории (Л. И. Седов, В. Л. Инденбом, А. Н. Орлов, А. М. Косевич, Е. Д. Щукин, И. А. Кунин и др.), в экспериментальном исследовании дислокаций (А. А. Предводителев, В. Н. Рожанский, Л. М. Утевский, М. П. Шаскольская и др.), с помощью дислокационных представлений удалось предложить и обосновать новые методы упрочнения металлов.
    В качестве примера можно привести работы, выполненные И. Л. Миркиным, где на основе гипотезы о наследственном характере дислокационной структуры при фазовых превращениях удалось объяснить природу упрочнения металлов при термомеханической обработке, обработке ударными волнами высокой интенсивности и воздействии световых импульсов лазера».
    Что же представляла теория дислокаций в конце 60-х годов двадцатого века и каковы были ее возможности? Обратимся вновь к монографии Л. И. Миркина: «... Сейчас разработаны модели атомной структуры дислокаций в ряде материалов и для многих из них рассчитаны напряжения и деформации вокруг дислокаций, созданы и экспериментально подтверждены модели течения и упрочнения кристаллов, модели ползучести и разрушения, упрочнения при старении, легировании и закалке. Количество предложенных дислокационных механизмов, теоретических расчетов, экспериментальных наблюдений дислокаций очень велико; достаточно сказать, что ежегодно в периодической литературе появляется более тысячи статей, посвященных этим вопросам».
    «В 1952 и 1953 гг. вышли книги А. Коттрелла «Дислокации и пластическое течение в кристаллах», В. Рида «Дислокации в кристаллах» и обзор Ф. Набарро, в которых были обобщены результаты развития теории дислокаций и ее применений. В этих небольших превосходных монографиях содержится практически все, что было известно о дислокациях к тому времени. Через несколько лет, в 1960 г., вышла книга Ван Бюрена «Дефекты в кристаллах», в которой автор поставил перед собой ту же задачу. Объем этой книги


11

в четыре раза больше, чем у книг А. Коттрелла и В. Рида, и все же о многом автору упомянуть не удалось, в частности, теории дислокаций во всей книге уделено не более 20-30 страниц. Следует отметить, однако, что издан ряд монографий и сборников, в которых подробно рассматриваются приложения теории дислокаций к упрочнению и разрушению (В. С. Иванова, Л. К. Гордиенко «Новые пути повышения прочности металлов»), ползучести (М. А. Кришталл, И. Л. Миркин «Ползучесть и разрушение металлов»), экспериментальные методы исследований дислокаций как микроскопические (С. Амелинкс «Прямые методы наблюдения дислокаций»), так и рентгеновские; в общих курсах физики твердого тела, например, в курсе Г. С. Жданова».

    1.1.2. Понятия прочности и пластичности

    В «Советском энциклопедическом словаре» сказано: «... Прочность, способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок, в узком смысле - только сопротивление разрушению». «Прочность твердых тел обусловлена, в конечном счете, силами взаимодействия между атомами и ионами, составляющими тело. Прочность зависит не только от самого материала, но и от вида напряженного состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.), от условий эксплуатации (температура, скорость нагружения, длительность и число циклов нагружения, воздействие окружающей среды, состояние поверхности и т. д.). В зависимости от всех этих факторов в технике приняты различные меры прочности (характеристики прочности): предел прочности ов, предел текучести от, предел усталости (выносливости) о—i и др. Повышение прочности - важнейшая задача современной техники. Она решается термической и механической обработкой, введением легирующих добавок в сплавы, радиоактивным облучением, применением армированных и композиционных материалов».
    Пластичность (от греч. plastikos - годный для лепки, податливый), свойство твердых тел необратимо деформироваться (изменять свою форму и размеры) под действием механических нагрузок. Пластическая деформация связана с разрывом некоторых межатомных связей и образованием новых. Отсутствие или небольшие значения пластичности называют хрупкостью. Пластичность определяет возможность технологических операций обработки материалов давлением (ковки, прокатки и др.). Количественные меры (характеристики) пластичности связаны с конкретным видом механического воздействия (напряженного состояния). Ими являются «относительное удлинение» 5 = Al/lo, «относительное поперечное сужение» у = Ео-Ек/Fo, «относительное укорочение» Ah/ho и др.
    Поскольку прочность связана с сопротивлением пластической деформации, то свойства прочность и пластичность взаимосвязаны. Высокопрочные материалы должны также иметь определенную пластичность и вязкость.

12

    В материаловедении и металловедении методики проведения испытаний для оценки характеристик прочности и пластичности определяют государственные стандарты (ГОСТы).
    Испытания на растяжение. ГОСТ 1497-84 (ИСО 6892-84, СТ СЭВ 471-88) Металлы. Методы испытаний на растяжение (с Изменениями № 1, 2, 3). Стандарт регламентирует испытания на статическое растяжение образцов черных и цветных металлов. При этом гладкие цилиндрические (диаметр do) или плоские образцы с рабочей длиной lo растягивают в испытательных машинах до разрыва. Фиксируют зависимость между растягивающей силой Р (нагрузкой) и изменением длины (абсолютное удлинение - Al). Испытания на растяжение пластмасс производят согласно ГОСТ 11262-80 (СТ СЭВ 1199-78) Пластмассы. Метод испытания на растяжение (с Изменением № 1). Этот стандарт содержит ряд дополнительных требований к проведению испытаний, но общий порядок испытаний и регистрируемые характеристики аналогичны описанному выше ГОСТ 1497-84.
    Испытание на статическое одноосное сжатие регламентируются требованиями ГОСТ 25.503-97 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие и ГОСТ 4651-2014 (ISO 604:2002) Пластмассы. Метод испытания на сжатие.
    В соответствии с требованиями ГОСТ 28840-90 «Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования» испытания проводят на специальных машинах - прессах (типа ПР-500, ПР-1000 (Россия), фирм «Ман», Zwick Roell AG, TIRA-WPM Leipzig (Германия), «Амслер» (Швейцария) - (цифра - предельная нагрузка в тс). Кроме специализированных машин применяют также универсальные испытательные машины, используемые для испытаний на растяжение, т. к. большинство из них снабжены реверсом. Для лучшей центровки образцов одну из опор (обычно верхнюю) делают шаровой.
    Косвенно прочность также можно оценивать по величине твердости материала. См. ГОСТы на измерение твердости - по Бринеллю НВ (ГОСТ 9012-59 (ИСО 410-82, ИСО 6506-81) Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю (с Изменениями № 1, 2, 3, 4, 5)), - твердость по Роквеллу HRA, HRB, HRC (ГОСТ 9013-59 (ИСО 6508-86) Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу (с Изменениями № 1, 2, 3, с Поправкой)); твердость по Виккерсу -HV и т. п.).
    А. Как видно, определение прочности и его глубина напрямую связаны с категорией исследователя, который его использует. Условно можно выделить несколько таких категорий:
    1) физик;
    2)      металлофизик (или другой специалист в области физического материаловедения);
    3) инженер-материаловед;
    4) инженер-технолог, инженер-конструктор, инженер-строитель;
    5) специалист в области прикладной механики (рис. 1).

13