Распределение напряжений в полосах скольжения и некоторые структурные предпосылки трещинообразования при трении, страница 3

Осевые касательные напряжения , согласно выражению (4.11), имеют вид:

 при y>>l                                         (4.17)

 при у<<l                             (4.18)

Функция  быстро затухает, поэтому значение теоретической прочности реализуется только на весьма малых расстояниях, сравнимых с ядром головной дислокации.

Вдоль линии скольжения напряжения определяются выражением:

                                      (4.19)

В плоскости скольжения напряжения (4.19), превышающие теоретический предел прочности, действуют на расстоянии ~ 36 Å от ядра головной дислокации скопления. Действие этих напряжений многогранно. Они могут привести к слиянию головных дислокаций и образования зародышевых трещин, произвести локализованный сдвиг и интенсифицировать нарушение сплошности материала в области неустойчивых состояний впереди скопления, активизировать работу дислокационных источников [166, 172].

При описании сложнонапряженных условий области неустойчивых состояний в головной части полосы скольжения необходимо учитывать, что в плоскости скольжения какого-то скопления благодаря влиянию соседних плоских скоплений дислокаций, составляющих полосу, растягивающие напряжения уже отличны от нуля. Например, при удалении от оси х на расстояние ~ 140 Å. (расстояние между плоскими скоплениями в полосе) в середине зоны неустойчивых состояний впереди скопления = 63*10⁷ Н/м². В конце зоны их значение составляет 40*10⁷ Н/м². Это приводит к облегчению зарождения микротрещин впереди полосы скольжения ввиду одновременного действия механизма нормального отрыва и тангенциального соскальзывания. Процесс трещинообразования ускоряется при наличии в этой области ранее существующих микронарушений сплошности материала (микропор, супердислокаций, вакансионных скоплений и др.).

Поскольку при фрикционном нагружении зарождение трещин в кристаллических телах является результатом концентрации напряжений вследствие действия нескольких процессов, то природа и характер их могут определять критическое напряжение разрушения. Особую роль в протекании этих процессов необходимо отвести поверхности трения, которая является областью с повышенной степенью пластической деформации и изобилует источниками концентрации напряжений (надрезы, поверхностные трещины, пленки и т. д.). Концентрация пластической деформации при трении в тонких приповерхностных слоях приводит к градиенту плотности дислокаций у поверхности [101].

Наличие надрезов (интрузий) обусловливает концентрацию больших растягивающих напряжений в приповерхностных объемах, что существенно уменьшает критическое напряжение разрушения: при этом ярче проявляется тенденция к росту трещины.

Немаловажную роль в уменьшении напряжений разрушения при трении играет адсорбция и хемосорбция поверхностно-активных веществ (ПАВ). Эти явления активизируются деформацией и усиливаются в местах концентрации напряжений, особенно вблизи дислокационных скоплений [171]. Влияние ПАВ обуславливает уменьшение разрывных и скалывающих напряжений материала, что в итоге приводит к более эффективному действию описанных выше сил. В частности, снижение скалывающих напряжений может привести к более вероятному образованию зародышей микротрещины путем слияния головных дислокаций скопления, в то время как уменьшение растягивающих напряжений может реализовать нормальный отрыв в фокусе концентрации растягивающих напряжений впереди скопления. Интенсификации процессов разрушения поверхностных слоев при трении способствует наличие усталостных нагрузок, действие которых сводится к тому, что раньше достигается напряжение, необходимое для возникновения и распространения трещины в объеме. Это приводит в совокупности с развитием усталостных трещин, зарождающихся преимущественно на поверхности у вершин надрезов.

Таким образом, при фрикционном нагружении поверхностей процессы разрушения стимулируются комплексом факторов, типичных для этого вида испытания. Действие сдвиговых и растягивающих напряжений дислокационных скоплений интенсифицируется этими факторами, что приводит к разрушению поверхностного слоя при меньших эффективных нагрузках.