Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме




Скачать 11,06 Kb.
НазваниеМатериаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме
страница1/9
Дата03.02.2016
Размер11,06 Kb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Глава 3. ЭЛЕМЕНТАРНОЕ ВВЕДЕНИЕ В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ



Эта глава предназначена для механиков. Исторически сложилось так, что у нас в стране, да и во всем мире, материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме отдельных представителей той или иной отрасли знания. Причина  гораздо глубже: даже при искреннем желании и стремлении к взаимопониманию это практически никогда не удается сделать, поскольку материаловед и механик говорят на разных языках. Если механик привык мыслить конкретными математическими образами и ему присущ, как это принято говорить, аналитический склад ума, то материаловед, наоборот, более склонен к образному мышлению, поскольку большая часть того, что он наблюдает и изучает, очень трудно поддается формализации и переводу на язык формул. Между тем, как уже отмечалось во введении, и механик, и материаловед зачастую исследуют одно и то же явление, но трактуют его по-своему, каждый на своем языке.

В этой главе сделана попытка рассказать механикам, чем живет материаловед. Какими понятиями оперирует, какие методы исследования применяет, каким богам молится...Поскольку авторы ни в коей мере не являются специалистами в материаловедении, они приносят свои извинения специалистам-материаловедам за чересчур упрощенное изложение основных понятий. Основная цель состоит в том, чтобы рассказать механикам на понятном им языке о тех проблемах, которыми занимаются материаловеды, о способах (качественных и количественных) описания структуры и процессов структурообразования, а также о том "инструментарии" (аппаратном и терминологическом), который при этом используется.

Но предварительно приведем некоторые примеры из своей практики, которые призваны продемонстрировать необходимость учета структурного состояния при анализе механического поведения материала в условиях больших пластических деформаций и повышенных температур.

В многочисленных работах, посвященных исследованию реологического поведения металлов и сплавов при высоких температурах (T>0,5Tm ) и низких скоростях деформации (<100 с-1), показано, что напряжение течения может уменьшаться с ростом , другими словами, кривая  может быть падающей. Между тем из известного в механике постулата Драккера следует, что у материалов не может быть падающей диаграммы! Однако факты, как говорится, упрямая вещь. Падение напряжения настолько значительно, что трудно в этом подозревать недобросовестность экспериментатора; в самом деле, если напряжение уменьшается на десятки процентов, то этот факт вряд ли можно приписать погрешности измерений. В настоящее время надежно установлено, что практически любой материал (чистые металлы, их сплавы, интерметаллиды, керамика) при соответствующем выборе температурно-скоростных условий деформирования может иметь падающую диаграмму.

Во многих случаях наблюдается не только падающая, но еще и осциллирующая диаграмма, причем размах осцилляций далеко превосходит погрешность измерений. В этом можно убедиться на примере меди  материале, простейшем с точки зрения материаловедения (в ней не происходит никаких фазовых превращений при нагреве вплоть до температуры плавления). Испытания на сжатие медных образцов 612 мм проводились при температуре 650oС и скорости траверсы 2 мм/мин с использованием испытательной машины фирмы Schenc. Изменение усилия во времени фиксировалось стандартным самописцем. При этом размах осцилляций на диаграмме "усилиевремя" составил почти 20%,  явно больше погрешности измерений (рис. 3.1.1). Аналогичные осцилляции наблюдались при испытании образцов из меди на растяжение при температуре 860oС и скорости траверсы 10 мм/мин на испытательной машине фирмы Instron. Амплитуда первой осцилляции на экспериментальной диаграмме "усилиевремя" составляла примерно 15%. Возможно, кому-то приведенные здесь сведения об осциллирующей диаграмме покажутся не совсем достоверными. Однако они легко могут быть проверены; для этого достаточно найти самую обычную электротехническую медь, сделать из нее стандартные образцы  хоть на растяжение, хоть на осадку  и провести испытания на любой другой испытательной машине. Единственное условие заключается в том, что необходимо выбирать температурно-скоростные условия испытания, близкие к указанным выше. Появление осцилляций вызвано не особенностями строения меди как какого-то экзотического материала  напротив, это явление носит достаточно общий характер для процессов горячей деформации и имеет единую природу для определенного типа материалов.





Р и с. 3.1.1. Экспериментальные зависимости усилия P от времени t. Справа  осадка медных образцов на испытательной машине SCHENCTREBEL; слева растяжение медных образцов с использованием испытательной машины INSTRON (данные любезно предоставлены М.В. Караваевой  ИПСМ РАН)


Второй пример. Группа сотрудников ИПСМ несколько лет назад исследовала механическое поведение легкоплавких эвтектик (сплав Sn-38,1%Pb и сплав Вуда) в опытах на одноосное сжатие цилиндрических образцов при температуре 20С и скорости деформирования 0,011мм/мин на испытательной машине фирмы Schenc. Проводились эксперименты на ползучесть, на релаксацию, с постоянной и кусочно-постоянной скоростью движения траверсы. Образцы 810 мм получали из литой заготовки 25 мм методом прямого выдавливания. На торцы образцов наносили концентрические канавки для удержания смазки (графит в солидоле), что позволило практически устранить бочкообразование. При этом исследователи столкнулись с двумя интересными, с точки зрения механики, явлениями. Первое из них заключалось в отчетливо видимом дрожании пера самописца. С уменьшением скорости деформирования количество пиков на единицу длины диаграммы уменьшалось, так что при самой медленной скорости (0,01 мм/мин) эти колебания становились почти незаметными. Первое, что приходит в голову в этой связи,  несовершенство системы измерения. Кто-то может сказать: "Да у них там просто перышко было плохо закреплено и "болталось" в ходе измерения!" Можно выдвинуть и другие версии. Однако на это имеется следующее возражение. Описанные выше эксперименты на медных образцах проводились на той же самой машине при скорости деформирования 2 мм/мин, т.е. вдвое выше. Поскольку скорость ленты в этом случае была вдвое выше, то дрожание пера неизбежно было бы зафиксировано и на меди, однако ничего подобного замечено не было: полученная для меди диаграмма была гладкой! Таким образом, дрожание пера было связано все-таки не с системой регистрации, а с поведением материала.

Помимо дрожания пера, обнаружилось еще одно явление. В упомянутой выше программе испытаний интервал времени между выдавливанием цилиндриков и проведением экспериментов составил ровно одну неделю. Было решено провести эксперимент на только что выдавленных образцах и сопоставить данные с уже полученными. Результат получился просто шокирующим. Все сотрудники сгрудились у машины и, как завороженные, следили за перышком, которое показывало, что осевое усилие, достигнув максимума, стало неуклонно снижаться (несмотря на то, что площадь поперечного сечения образца росла в ходе деформации). Чем ниже спускалось перо, тем более вытянутыми становились лица исследователей... Не веря глазам своим, "зарядили" еще один образец, за ним следующий... Картина повторилась. Но это еще были только "цветочки". "Ягодки" ждали впереди: деформированные образцы приобрели причудливую асимметричную форму. Кроме того, в некоторых образцах были обнаружены макротрещины, что явилось совершенно неожиданным, поскольку в предыдущих экспериментах такие же образцы осаживались до любой степени деформации без всяких последствий; в частности, были получены "лепешки" толщиной меньше 1 мм (при исходной высоте 10 мм), в которых не было видно ни малейших признаков трещинообразования. А свежий образец "затрещал" чуть ли не в самом начале деформирования...

Ограничимся здесь этими примерами. Число их, очевидно, может быть значительно увеличено и в этой главе еще будут приведены дополнительные примеры. Однако уже описанных выше фактов, по-видимому, достаточно для того, чтобы вызвать у механиков если не интерес, то хотя бы просто недоверие. Характерно, что для материаловедов подобные факты не являются какой-то экзотикой; более того, они описаны во многих учебниках по материаловедению. Вот как объясняют описанные выше факты материаловеды (в вольном пересказе).

При горячей деформации в объеме материала идут процессы динамической рекристаллизации. Другими словами, в зависимости от выбранных температурно-скоростных условий деформирования средний размер зерен либо увеличивается, либо уменьшается. Соответственно, один и тот же материал в этих случаях имеет либо возрастающую, либо падающую диаграмму напряжение  деформация. Осциллирующая диаграмма наблюдается для определенного типа материалов при некоторых промежуточных значениях температуры и скорости деформации; увеличение скорости деформации (или снижение температуры) приводит к подавлению осцилляций.

Дрожание перышка при деформировании легкоплавких эвтектик материаловеды связывают с процессами динамического деформационного старения материала в ходе деформации. О чем примерно идет речь? Каждая дислокация имеет вокруг себя "облако" примесных атомов. Это облако "путается под ногами", мешая дислокации нормально двигаться. Однако, если скорость деформации достаточно велика, это облако как бы “не поспевает” за дислокацией. Такое взаимодействие дислокаций со своими облаками и приводит к мелким колебаниям напряжения течения. Период этих колебаний определяется соотношением скоростей движения дислокаций и диффузии примесных атомов.

Наконец, последний описанный выше факт потери устойчивости и появления макротрещин материаловеды объясняют тем, что в процессе выдавливания в объеме пластически деформируемого материала накапливается большое количество дефектов. Если имеется определенная пауза между окончанием процесса выдавливания и проведением испытаний, то в объеме материала успевают пройти диффузионные процессы, ответственные за перестройку зеренной структуры. В итоге получается материал с ультрамелкозернистой структурой (именно с этой целью и осуществляется процесс выдавливания  для того, чтобы подготовить структуру материала к СПД). В рассмотренном же выше случае образец был до отказа "напичкан" дефектами, а вот перестроиться они просто не успели, поскольку пауза между окончанием экструзии и началом испытаний была слишком мала. В итоге деформировался, по сути, исходный крупнозернистый материал с практически исчерпанным ресурсом пластичности и анизотропией свойств. Неудивительно, что он стал терять устойчивость (размеры зерен были сопоставимы с размерами образца) и к тому же "затрещал" при деформации.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon-
Современная Русская публицистика не обходит вниманием "украинскую тему". Однако, касаясь тех или иных ее частных сторон, с загадочным...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconК урокам обобщения по русскому языку
Процесс обучения представляет в настоящее время сложную, методологически развивающуюся деятельность в системе «ученик – учитель»,...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon«Развитие эмоционально чувственного опыта у детей через театрализованную деятельность»
«Все дети, решительно все, рождаются талантливыми в той или иной области искусства. Бездарность ребёнка всегда результат воспитания,...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconНаучный метод исследования религии
Наука же в своих исследованиях религии опирается на эмпирический материал, фактические данные, полученные на основе непосредственных...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПредисловие от переводчиков
Для множества фигурирующих в книге Гейтса понятий в русском языке еще нет устоявшихся терминов, и мы оказались вынуждены взять на...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПредварительные усилители и фильтры
Эти решения защищены не только патентами. В них используют заказные микросхемы, маркировка типовых элементов уничтожается, принципиальные...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon«Преемственность в работе доу и школы» (2ч)
Преемственность- это специфическая связь м/у разными этапами развития, сущность которой состоит в сохранении тех или иных элементов...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconЗадача годового курса (40 лекций + 40 семинарских занятий) ознакомить слушателей с теоретическими основами современной механики деформируемого твердого тела (мдтт),
Мдтт, показать единое целое механики конструкций и механики материалов, задачи моделирования, технологических задач, оптимального...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconЗначимость конфессиональных отношений в стабилизации современных социальных процессов
Она может выступать как фактор возникновения, формирования и легитимизации тех или иных форм социальных действий, социальных отношений....
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПаспорт проекта наименование проекта
И теперь возникла большая необходимость её заполнить. Наше сегодняшнее желание знать, какой же была народная игрушка, как ею играли,...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница