Масштабный фактор проявляется в увеличении хрупкости и снижении механических свойств с увеличением размеров изделий. Влияние размеров на свойства материала можно объяснить при помощи статистической теории дефектов, согласно которой вероятность существования опасного дефекта уменьшается при уменьшении размеров образца (при этом надо помнить и о запасе упругой энергии, который также связан с размерами образца). Очевидно, воздействие масштабного фактора тесно связано с влиянием состояния поверхности. Известно, например, что тонкие стеклянные волокна (диаметром 5 мкм) обладают в 50 раз большей прочностью, чем массивные образцы, изготовленные из того же стекла. Однако длительное травление плавиковой кислотой, удаляющее наружный слой и создающее идеально ровную поверхность, повышает прочность массивных образцов до прочности волокон.
Влияние среды может быть необратимым и обратимым в том смысле, что механические свойства материала либо не восстанавливаются, либо полностью восстанавливаются при удалении действующего на его поверхность вещества. Необратимое воздействие химически активной среды на поведение материала под нагрузкой связано с коррозионными процессами, скорость которых возрастает при одновременном действии напряжений. Коррозионное растрескивание под напряжением (или другие коррозионно-механические эффекты) может вызвать переход от пластичного разрушения к хрупкому даже у металлов и сплавов с г. ц. к. решеткой, которые нельзя перевести в хрупкое состояние другими способами. Ясно, что коррозионное воздействие необратимо по своей природе, поскольку удаление химически активной среды не устраняет возникших ранее повреждений материала (трещин, образовавшихся в результате растворения).
Сильное влияние на механические свойства материалов могут оказывать нерастворяющие жидкие среды, содержащие поверхностно активные вещества. В этом случае вследствие адсорбции активного вещества поверхностями трещин изменяется величина эффективной поверхностной энергии. Явление облегчения деформации и разрушения твердых тел при одновременном воздействии таких сред известно как эффект Ребиндера. Если адсорбированное вещество уменьшает эффективную поверхностную энергию, то склонность к хрупкому разрушению увеличивается, а значение разрушающего напряжения может снизиться в несколько раз. По-видимому, эффект Ребиндера играет важную роль в явлении замедленного разрушения хрупких тел при длительном приложении нагрузки, недостаточной для немедленного разрушения (так называемая статическая усталость). В этом случае поверхностные трещины слишком малы для того, чтобы удовлетворялось условие Гриффитса для их распространения, но воздействие среды уменьшает поверхностную энергию, и трещины медленно растут со скоростью, контролируемой миграцией адсорбируемого вещества. При достаточном увеличении длины трещины достигается такое положение, при котором критерий Гриффитса выполняется при исходном значении приложенного напряжения. В результате происходит внезапное полное разрушение тела.
Этот эффект обратим, поскольку при разгрузке образца поверхностные трещины возвращаются к исходным размерам и находившаяся в них жидкость вытесняется. На результатах повторного испытания без участия среды, содержащей поверхностно активные вещества, предварительное нагружение не сказывается. Уменьшение прочности тел в результате адсорбционных эффектов используют при бурении горных пород, выполняя его в поверхностно активных средах, значительно увеличивающих скорость бурения и снижающих расход бурового инструмента.
Необходимо отметить, что разрушающее напряжение может и увеличиваться в результате воздействия такого рода, если молекулы адсорбированного вещества стягивают поверхности трещины и тем самым препятствуют ее раскрытию под действием нормальных напряжений.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.