1. Долговечность многих конструкционных материалов, в особенности некоторых высокопрочных сплавов, часто определяется влиянием среды. Поэтому, чтобы не допустить преждевременного разрушения и выхода из строя ответственных деталей и аппаратов и разработать меры эффективной защиты, необходим всесторонний учет закономерностей взаимодействия различных веществ с материалами, находящимися под действием механических напряжений.
2. Другой круг прикладных задач, в которых эффекты понижения прочности и пластичности могут оказывать уже не вредное действие, а полезное, охватывает разнообразные процессы механической обработки материалов – резание, шлифование, прессование, измельчение и др. Использование веществ, понижающих прочность, позволяет временно изменить механические свойства твердого тела так, что его обработка заметно облегчается; после удаления этих веществ с поверхности обработанной детали исходные механические свойства данного материала полностью восстанавливаются.
Эффекты, обусловленные влиянием среды на механические свойства твердых тел, широко распространены в природе и технике и характеризуются большим разнообразием форм их проявления. Эти эффекты могут вызываться различными физическими, химическими и физико-химическими процессами, протекающими на поверхности твердого тела и в его объеме. В зависимости от того, какой процесс играет основную роль, можно выделить две группы эффектов, наблюдаемых при взаимодействии твердого тела с окружающей средой.
1. К первой группе относят эффекты, обусловленные необратимыми взаимодействиями. Сюда входят главным образом разные формы коррозии, которые связаны с протеканием химических и электрохимических процессов и реакций. Коррозия часто не изменяет механические свойства материала, а приводит к постепенному равномерному уменьшению размеров нагруженной детали, например вследствие постепенного растворения. В результате напряжения, действующие в опасном сечении, растут, и когда они превысят допустимый уровень, произойдет разрушение. В отдельных случаях преждевременные разрушения при коррозии вызываются тем, что под действием среды на поверхности деталей образуются трещины, являющиеся концентраторами напряжений.
2. Ко второй группе относят эффекты, которые вызываются в основном обратимыми физическими и физико-химическими процессами, приводящими к понижению свободной поверхностной энергии твердого тела. Эти эффекты приводят к более или менее значительному изменению самих механических свойств материала. Понижение прочности и пластичности твердых тел в результате физико-химического влияния окружающей среды и соответствующего снижения свободной поверхностной энергии тела называется эффектом Ребиндера – по имени П.А. Ребиндера, который в 1928 г. открыл и впервые исследовал этот эффект. Эффект Ребиндера может проявляться на любых твердых телах – кристаллических и аморфных, сплошных и пористых, металлах и полупроводниках, ионных и ковалентных кристаллах, стеклах и полимерах. В качестве примера проявления эффекта Ребиндера можно назвать значительное понижение прочности стекла или гипса вследствие адсорбции водяных паров. Другой пример – медь, покрытая тонкой пленкой расплавленного висмута, утрачивает присущую ей высокую пластичность и хрупко разрушается при напряжении, которое намного ниже, чем при растяжении на воздухе.
Свободную поверхностную энергию твердых тел можно снизить несколькими способами. Особенно большое значение при проявлении эффекта Ребиндера играют два способа:
а) Контакт с жидкой средой, близкой к данному твердому телу по своей молекулярной природе; б) Адсорбция так называемых поверхностно-активных веществ из окружающей среды или из объема самого твердого тела. Изменение механических свойств, вызванное понижением свободной поверхностной энергии вследствие адсорбции, называют адсорбционным понижением прочности.
В зависимости от различных факторов (состава твердого тела и окружающей среды, структуры твердого тела, температуры, характера напряженного состояния и других) эффект Ребиндера может проявляться в разных формах. Наиболее распространенными и в то же время практически важными формами проявления эффекта Ребиндера являются следующие:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.