Что влияет на относительное удлинение

Образовательный портал

К механическим свойствам металлов относят их способность сопротивляться деформациям (изменению формы или размеров) и разрушению под действием внешних нагрузок. Такими свойствами являются прочность, пластичность, твердость, вязкость (ударная), усталость, ползучесть.

Деформации, которые исчезают после снятия нагрузки, при этом материал принимает первоначальную форму, называют упругими. Деформации, которые остаются после снятия нагрузки, называют остаточными.

Для определения механических свойств материалов специальные образцы или готовые изделия испытывают в соответствии с требованиями ГОСТов. Испытания образцов могут быть статическими, когда на образец действует постоянная или медленно возрастающая нагрузка, динамическими, когда на образец действует мгновенно возрастающая (ударная) нагрузка, и повторно-переменными (усталостными), при которых нагрузка на образец многократно изменяется по величине и направлению.

В зависимости от характера действия приложенных к образцу или изделию сил (нагрузок) различают деформации сжатия, растяжения, изгиба, сдвига (среза), кручения.

Виды деформаций металла в зависимости от направления действующей нагрузки:

а — сжатия, б — растяжения, в — изгиба, г — сдвига (среза), д — кручения

Механические свойства оцениваются численным значением напряжения.

Напряжение — мера внутренних сил, возникающих в образце под влиянием внешних воздействий (сил, нагрузок).

Напряжение служит для оценки нагрузки, не зависящей от размеров деформируемого тела. Напряжения, действующие вдоль оси образца, называют нормальными и обозначают буквой σ (сигма).

Нормальные напряжения определяются отношением сил, действующих вдоль оси детали или образца, к площади их поперечного сечения:

σ = P/F,

где σ — нормальное напряжение, Па (1 Па = H/м²; 1 кгс/см² = 10 5 Па);

P — сила, действующая вдоль оси образца, H;

F — площадь поперечного сечения образца, м².

Нормальные напряжения в зависимости от направления действующих нагрузок бывают сжимающими и растягивающими.

Напряжения, действующие перпендикулярно оси образца, называют касательными и обозначают буквой τ.

Под действием касательных напряжений происходит деформация среза.

Напряжения определяют при механических испытаниях образцов на специальных машинах. Эти напряжения используют при расчетах деталей машин на прочность.

Усилия, нагрузки, действующие на детали, создают в них напряжения, которые в свою очередь вызывают деформацией деталей.

Например, канат автомобильного крана при поднятии груза под действием растягивающей нагрузки испытывает напряжение растяжения, поэтому и подвергается деформации растяжения. Под действием сжимающих напряжений деформацию сжатия испытывают станины и фундаменты станков, опорные колонны, колеса и катки машин. В стреле автомобильного или башенного крана, поднимающего груз, возникают напряжения изгиба, которые вызывают деформацию изгиба стрелы. Деформации изгиба испытывают балки, на которые положен груз, рельсы под тяжестью
поезда, башенного или козлового крана. На срез работают заклепочные соединения, стопорные болты.

Напряжения кручения вызывают деформацию кручения, например, когда у стяжных болтов
затягивают гайки.

Прочность — способность металлов или сплавов сопротивляться разрушению при действии внешних сил, вызывающих внутренние напряжения и деформации.
В зависимости от характера действия внешних сил различают прочность на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, ползучесть и усталость.

Определение характеристик прочности при растяжении — наиболее важный и распространенный вид механических испытаний металлов. Испытывают образцы определенной формы и размеров на специальных разрывных машинах (ГОСТ 1497—73). Стандартный образец (рис. Стандартный образец для испытания на растяжение) закрепляют головками в машине и медленно нагружают с постоянной скоростью.

В результате возрастающей нагрузки происходит растяжение образца вплоть до разрушения.
При испытании производится автоматическая запись диаграммы растяжения, представляющей собой график изменения абсолютной длины образца в зависимости от приложенной нагрузки.

Определенные точки на диаграмме растяжения p, c, s, b отражают наиболее важные характеристики прочности: предел пропорциональности, условные пределы упругости, текучести и прочности.

Предел пропорциональности σ пц (точка p на диаграмме растяжения) — это наибольшее напряжение, возникающее под действием нагрузки P пц, до которого деформации в металле растут прямо пропорционально нагрузке. При этом в образце происходят только упругие деформации, т.е. образец после снятия нагрузки принимает свои первоначальные размеры. При дальнейшем увеличении нагрузки деформации образца будут остаточными.

Условный предел упругости σ 0,05 (точка c на диаграмме растяжения) — это напряжение, при котором образец получает остаточное удлинение, равное 0,05% первоначальной длины образца.

Практически предел упругости очень близок пределу пропорциональности.

Условный предел текучести (точка s на диаграмме растяжения) — это напряжение, при котором остаточное
удлинение достигает заданного значения, обычно 0,2%, но иногда 0,1 или 0,3% и более при нагрузках Рt.

В соответствии с этим условный предел текучести обозначается σ 0,2, σ о,1, σ 0,3 и т. д.

Следовательно, условный предел текучести отличается от условного предела упругости только заданным значением остаточного удлинения.
Условный предел текучести соответствует напряжению, при котором происходит наиболее полный переход к пластической деформации металла.

Условный предел прочности σ в (точка b на диаграмме растяжения) — это условное наибольшее напряжение, при котором происходит наибольшая равномерная по всей длине деформация образца.

После точки s на участке sb диаграммы растяжения при дальнейшем увеличении нагрузки в образце развивается интенсивная пластическая деформация. До точки b образец удлиняется равномерно по всей длине. В точке b начинается резкое уменьшение поперечного сечения образца на коротком участке с образованием так называемой шейки.

Предел прочности определяют по формуле:

σ в = Pв/Fo,

где σ в — предел прочности материала, Па;

Pв — нагрузка в точке b, H;

Fo — площадь поперечного сечения образца до испытания, м².

Характеристиками прочности пользуются при изготовлении деталей машин. Практическое значение пределов пропорциональности, упругости и текучести сводится к тому, чтобы определить численное значение напряжений, под действием которых могут работать детали машинах, не подвергаясь остаточной деформации (предел пропорциональности) или подвергаясь деформации на небольшую допустимую величину σ 0,о5, σ о,2 и т. д.

Пластичность — способность металлов сохранять изменение формы, вызванное действием деформирующих сил после того, как силы сняты.

Пластические свойства испытываемого образца металла определяют при испытаниях на растяжение. Под действием нагрузки образцы удлиняются, при этом поперечное сечение их соответственно уменьшается. Чем больше удлиняется образец при испытании, тем более пластичен материал. Характеристиками пластичности материалов служат относительное удлинение и относительное сужение образцов.

Относительным удлинением называется отношение приращения длины образца после разрыва к его перво-
начальной длине.

Относительное удлинение δ (дельта) выражают в процентах и вычисляют по формуле:

δ = [ (l1 — l0)/l0 ] • 100%

где l1 — длина образца после разрыва, м;

l0 — длина образца до начала испытания, м.

Относительным сужением называется отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к площади поперечного сечения образца до начала испытания.

Относительное сужение ψ (пси) выражают в процентах и вычисляют по формуле

ψ = [ (F0 — F1)/F0 ] • 100%

где F0 — площадь поперечного сечения образца до начала испытания, м²;

F1 — площадь поперечного сечения образца после разрыва, м².

Твердость — сопротивление поверхностных слоев материала местным деформациям.

Твердость обычно оценивается сопротивлением вдавливанию в поверхность металла индикатора из более твердого материала.

Измерение твердости металлов и сплавов как метод щенки их механических свойств широко используется в технике.
По твердости судят о других свойствах металла и сплава. Например, для многих сплавов, чем выше твердость, тем больше прочность на растяжение, выше износостойкость; как правило, сплавы с меньшей твердостью легче обрабатываются резанием.

Твердость определяют непосредственно на деталях без их разрушения. Поэтому испытание на твердость является незаменимым производственным методом оценки механических свойств материалов.

На практике в зависимости от используемого прибора твердость определяют двумя способами. Если твердость исследуемого материала меньше, чем твердость закаленной стали, то используют твердомер шариковый — ТШ, если твердость исследуемого материала больше, чем твердость закаленной стали, то пользуются твердомером конусным — ТК.

При определении твердости по Бринеллю на приборах ТШ (ГОСТ 9012—59) стальной закаленный шарик диаметром D (2,5; 5 или 10 мм) вдавливают в испытуемый металл под действием нагрузки P в течение определенного времени.

После удаления нагрузки на поверхности испытуемого металла остается отпечаток.
Измерив под микроскопом диаметр отпечатка а, по таблицам стандарта определяют твердость металла.
Отношение приложенной к шарику нагрузки (кгс) к площади поверхности отпечатка шарика (мм²) называется числом твердости по Бринеллю и обозначается HB.

Если на шарик диаметром 0-10 мм действует нагрузка Р=3000 кгс в течение 10 с, то определяемое по таблицам число твердости по Бринеллю записывают так: HВ400, HВ250, HВ500 и т. д.

При других условиях испытания к обозначению НВ добавляют цифры, характеризующие диаметр шарика (мм), нагрузку (кгс) и продолжительность выдержки (с).

Например, HВ5/750/30—350 обозначает, что число твердости по Бринеллю равно 350 при испытании вдавливанием шарика диаметром D = 5 мм под нагрузкой Р = 750 кгс в течение t = 30 с.

При определении твердости по Роквеллу на приборах ТК (ГОСТ 9013—59) алмазный конус с углом при вершине 120° вдавливают в испытуемый металл сначала под действием предварительной нагрузки Р0, равной
10 кгс, которая не снимается до конца испытания.

Под нагрузкой Р0 алмазный конус вдавливается на глубину h0. Затем к предварительной нагрузке добавляется основная нагрузка Р1, равная 140 или 50 кгс — для очень твердых и хрупких материалов. Алмазный конус вдавливается на глубину h1. Через 1 — 3 с, после того как стрелка прибора замедлит свое движение, основную нагрузку снимают. Стрелка прибора показывает на шкале твердость металла в условных единицах.

За условную единицу твердости по Роквеллу принимается глубина вдавливания алмазного конуса на величину 0,002 мм ≈ h0. Все шкалы прибора отградуированы в безразмерных условных единицах твердости.

Твердость, определяемая на приборах ТК. методом вдавливания алмазного конуса, называется твердостью по Роквеллу и обозначается НR. Отсчет твердости ведут по двум шкалам в зависимости от применяемой общей нагрузки Р.

Если Р = Р0 + Р1= 10 + 140= 150 кгс, то отсчет твердости ведут по шкале С и твердость обозначают НРС, если Р = Ро+Р1 = 10+50 = 60 кгс, то отсчет твердости ведут также по шкале С, но твердость обозначают НРА.

Если необходимо измерить твердость по Роквеллу мягких материалов, то алмазный конус заменяют шариком диаметром 1,6 мм. Основная нагрузка Р1 = 90 кгс, значит, общая нагрузка Р = Р0 + Р1 = 10 + 90 = 100 кгс.

Отсчет твердости ведут по специальной шкале B, а твердость обозначают НRB.

Твердость по Роквеллу НR записывают таким образом:
HRC65, HRB30, HRA80 и т. д., где цифры обозначают твердость, а буквы А, С, В — соответствующую шкалу.

Ударная вязкость — способность металлов сопротивляться действию ударных нагрузок. При ударных нагрузках напряжения, возникающие в металле, действуют мгновенно, поэтому их трудно определить. Ударную вязкость определяют работой, затраченной на излом образца.

Для определения ударной вязкости при нормальной температуре (ГОСТ 9454—78) предусмотрено 20 типоразмеров образцов квадратного и прямоугольного сечения. Чаще применяют образцы квадратного сечения 10 х 10 мм длиной 55 мм с концентратором (надрезанные с одной стороны посередине длины на глубину 2 мм).

Образец 1 стандартной формы

укладывают горизонтально в специальный шаблон маятникового копра, обеспечиваюший установку надреза образца строго в середине пролета между опорами 3. Маятник 2 копра закрепляется в исходном верхнем положении на высоте H.

Работа, затраченная на разрушение образца, определяется разностью потенциальных энергий маятника в начальный (после подъема на угол α) и конечный моменты испытания (после взлета на угол β) и выражается формулой:

k = P (H — h)

k — работа, затраченная на разрушение образца, Дж (кгс · м)

Р — вес маятника, кгс

H и h — высоты подъема и взлета маятника, м

Основную характеристику при испытании на ударную вязкость — определяют по формуле:

kcu = k/So

kc — ударная вязкость, Дж/м² (1 Дж/м² ≈ 0,1 кгс · м/см²)

u — форма концентратора

So — площадь поперечного сечения образца в месте надреза до испытания, м²

Многие детали машин и конструкции во время работы подвергаются ударным нагрузкам, действие которых на детали происходит мгновенно. В результате изменяются условия, при которых работают такие детали.

Ударные нагрузки испытывают инструменты типа штампов. некоторые зубчатые передачи и т.д.

Усталость — разрушение металлов под действием многократных повторно-переменных (циклических) нагрузок, при напряжениях меньших предела прочности на растяжение.

В условиях действия повторно-переменных нагрузок в работающих деталях образуются и развиваются трещины, которые приводят к полному разрушению деталей. Подобное разрушение опасно тем, что может происходить под действием напряжений, намного меньших пределов прочности и текучести.

Свойство противостоять усталости называется выносливостью. Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости, т. е. наибольшим напряжением, которое может выдержать металл без разрушения заданное число раз.

Под действием повторно-переменных нагрузок работают коленчатые валы двигателей, многие детали машин — валы, шатуны, пальцы, шестерни и т. д.

Цель испытаний на усталость (ГОСТ 2860-65) — количественная оценка способности материала (образца) работать при повторно-переменных нагрузках без разрушения.

Цикл напряжений — совокупность переменных значений напряжении за один перепад их изменения. Заданное число циклов нагружения при испытании называют базой испытания. Обычно база испытания составляет 10 8 циклов нагружения. Если материал выдержал базовое число циклов без разрушения, то он хорошо противостоит усталости и деталь из этого материала будет работать надежно.

Ползучесть — способность металлов и сплавов медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной, длительно действующей нагрузки.

Изделия из металлов и сплавов, работающие при повышенных или высоких температурах, обладают меньшей прочностью. При эксплуатации любой материал под действием постоянной нагрузки (напряжения) может в определенных условиях прогрессивно деформироваться с течением времени.

Испытания на ползучесть при растяжении (ГОСТ 3248-60) заключаются в том, что испытуемый образец в течение длительного времени подвергается действию постоянного растягивающего усилия при постоянной высокой температуре.

В результате испытания определяют предел ползучести металла, т. е. наибольшее растягивающее напряжение, при котором скорость ползучести или относительное удлинение за определенный промежуток времени достигает заданной величины.

Если задаются скоростью ползучести, то предел ползучести обозначают σνп,

где νп — заданная скорость ползучести, %/ч; t — температура испытания, °С.

Если задаются относительным удлинением, то в обозначении предела ползучести используют три индекса:

температуру испытания t, °С

относительное удлинение σ, %

продолжительность испытания τ, ч

Например, — предел ползучести при температуре 800° С, когда относительное удлинение σ = 1% достигается за 1000 ч.

Источник

ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЧНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ

Чтобы выяснить, как деформируется тот или другой металл при действии растягивающей силы, производят специальные испытания. Образец металла строго опреде­лённых размеров и формы укрепляют в захватах разрыв­ной машины. После этого образец подвергается растя­жению под действием плавно возрастающей нагрузки.

Вначале удлинение строго пропорционально нагрузке: гиря в 10 кг вызывает удлинение в 2 раза большее, чем гиря в 5 кг гиря в 20 кг даёт удлинение в 4 раза боль* шее, чем гиря в 5 кг, и т. д. Короче говоря, какова сила, такова и деформация, — удлинение про­порционально величине растягивающей силы.

Если начать уменьшать величину растягивающей силы, проволока будет постепенно укорачиваться, и когда все гири будут сняты, она примет первоначальную длину. Так проявляются упругие свойства. При упругих деформа­циях безразлично, какие силы и в каком порядке действу­ют на тело. Можно сначала растянуть проволоку, затем закрутить её, а можно поступить наоборот — сначала за­крутить, потом растянуть. В обоих случаях поведение ме­талла будет одинаково: после прекращения действия рас­тягивающей и закручивающей сил проволока неизменно принимает первоначальную форму. Но так будет продол­жаться только до определённого предела — предела упругости. Для мягкой стали этот предел наступает при напряжении около 20 кг! мм2.

Пока напряжение не превышает предела упругости, отношение напряжения к вызываемой им деформации для каждого металла постоянно. Иначе говоря, частное, по­лученное от деления величины напряжения на относитель­ное удлинение (удлинение на каждый миллиметр длины проволоки), есть величина постоянная. Эту величину на­зывают модулем упругости (слово «модуль» по- латыни означает мера):

По модулю упругости можно судить о способности металла или сплава сопротивляться деформирующим си­

Лам. Чем больше модуль упругости, тем жёстче металл. Модуль упругости мягкой углеро­дистой стали равен 21 ООО кг/мм2, меди— 11 500 кг/мм2, алюминия 7000 кг/мм2. Таким образом, мягкая сталь почти вдвое жёстче меди и втрое жёстче алюминия. Де­рево — менее жёсткий материал, чем металлы: модуль упругости, например, сосны (вдоль волокон) равен всего 900 кг/мм2.

Продолжим опыт дальше и посмотрим, что произой­дёт, когда нагрузка будет превышать предел упругости.

В е с г и р ь, растягивающих проволоку, равен 21 кг, за­тем 22 кг, 23 кг. Проволока удлиняется уже больше, чем это было до предела упругости, и после снятия гирь уже не будет восстанавливать первоначальную длину: сталь начинает деформироваться пластически. Пластическая де­формация ещё не велика — остаточное удлинение соста­вляет всего-навсего тысячные доли процента.

Но вот нагрузка равна 26 кг. Проволока растягивается ещё больше. И что здесь интересно: несмотря на то, что напряжение не увеличивается, оно равно 26 кг, — удли­нение со временем растёт, сталь начинает «течь». Это — предел текучести.

При дальнейшем растяжении пластическая деформа­ция проявляется всё сильнее и сильнее. Внутренние силы упругости уже не могут противостоять внешней силе, растягивающей проволоку, и в кристаллах, повидимому, изменяется расположение атомов.

Наконец, наступает момент, когда в определённом ме­сте проволока начинает утончаться, образуется шейка. Для мягкой стали напряжение, при котором начинает по­являться шейка, равно примерно 37 кг! мм2. Это — пре­дел прочности мягкой стали, самое большое напря­жение, которое она способна выдержать. Чем выше это напряжение, тем прочнее металл.

Дальнейшая деформация происходит главным образом в шейке, уже без увеличения нагрузки. Для мягкой стали достаточно напряжения около 32 кг/мм2, чтобы шейка сузилась и произошел разрыв.

На рисунке 19 показано, как постепенно деформи­руется проволока, и дано графическое изображение всего нашего опыта по растяжению проволоки из мягкой стали — диаграмма растяжения. На вертикаль­ной оси отмечаются напряжения, а на горизонтальной оси откладываются соответствующие им удлинения прово­локи. Так как поперечное сечение нашей проволоки равно одному квадратному миллиметру, то напряжение, возни­кающее в ней, равно приложенной нагрузке. В местах пересечения горизонтальных линий, которые мы проводим от оси напряжений, с вертикальными (от оси, на которой отмечается удлинение) ставятся точки; затем они соеди­няются. Точка, обозначенная буквой Л, — предел упру­гости. Пропорциональность между нагрузкой и вызывае­мым ею удлинением, которую мы наблюдаем до предела упругости, выражается прямой линией ОА. Далее пропор­циональность нарушается — прямая линия переходит в кривую АБ. Горизонтальная площадка на кривой между точками Б и В соответствует пределу текучести: напря­жение одно и то же — 26 кг/мм2, а длина проволоки воз­растает. Точка Г — предел прочности, начало образова­ния шейки, точка Д — разрыв.

Диаграмма растяжения очень отчётливо и наглядно показывает механические свойства металлов—прочность и пластичность. В настоящее время диаграммы растяже­ния вычерчиваются автоматически на специальных ма­шинах при испытании образцов различных металлов.

Каждый металл и сплав характеризуются определён­ными значениями показателей прочности: пре­дела текучести и предела прочности. Значения их даны в таблице на стр. 59.

Предел текучести и предел прочности при растяже­нии — очень важные характеристики металлов. Зная на­пряжение, соответствующее пределу прочности, и вели­чину силы, которая должна действовать на то или другое изделие, можно легко рассчитать размеры изделия. На­пример, нам нужно найти сечение канатов для лифта, поднимающего одновременно 5 человек. Допустим, что к кабине лифта будет прикреплено 4 каната. Вес кабины 200 кг, средний вес пассажира 60 кг. Значит, канаты должны поднимать груз в 500 кг. Так как каждый квад­ратный миллиметр стального каната способен выдержать нагрузку 40 кг, можно рассчитать сечение всех четырёх канатов. Оно должно быть не менее 500 : 40= 12,5 мм2. Обычно для полной безопасности подъёма создают допол­нительный «запас прочности», сечение увеличивают при­мерно в 20 раз. Следовательно, площадь сечения всех канатов должна быть 20 X 12,5 = 250 мм2. Сечение же одного каната будет равно 250 : 4 = 62,5 мм2.

Таким же образом можно решить и обратную задачу: рассчитать, какую наибольшую нагрузку выдержит канат данного сечения, если известен предел прочности его.

При расчётах различных конструкций довольно часто исходной величиной служит не предел прочности, а пре­дел текучести. В этих случаях способ расчёта остаётся тем же, что и выше, но «запас прочности» вычисляется, исходя из предела текучести.

При испытаниях различных металлов, кроме показа­телей прочности, определяются также и показатели пла­стичности— относительное удлинение и от­носительное сужение в момент разрыва.

Чем больше относительное удлинение, тем пластичнее металл, тем легче обнаружить в нём появление опасных напряжений, которые могут привести к разрушению изде­лия (так как металл сначала заметно пластически дефор­мируется, а затем уже разрушается).

Такие металлы, как, например, чугун, высокоуглеро­дистые стали, некоторые цинковые сплавы, разрушаются при небольшом удлинении. Это — хрупкие сплавы.

Железо, мягкая сталь, медь, алюминий, медные и алю­миниевые сплавы, наоборот, разрушаются после значи­тельного удлинения. Это — вязкие металлы и сплавы.

О степени пластичности того или другого металла можно судить также и по относительному сужению. Опре­деляют его так: измеряют площадь сечения образца в месте разрыва, вычитают её из первоначальной площади сечения образца и делят полученное число на перво­начальную площадь. Относительное сужение не зависит от формы и размеров образца, выражается большими чи­слами и потому наглядно отражает пластические свой­ства металлов.

Представим, что детали какой-нибудь машины в про­цессе работы будут деформироваться пластически. Это неизбежно приведёт к изменению их размеров и формы: одни детали прогнутся, вторые — закрутятся, третьи из­менят свою длину, и машина выйдет из строя.

По той же причине пружины никогда не делаются из металлов с невысокими упругими свойствами — из свинца или меди: сжатая медная или свинцовая пружина не при­мет первоначального размера после того, как прекратится действие сжимающей её силы.

Пластические свойства металлов ценны при обработке их давлением. Современная техника применяет металлы в виде листов, труб, проволоки, брусков с сечением в виде круга, квадрата, ромба и т. д. Чтобы придать металлу нужную форму, его подвергают прокатке, волочению, прессованию, ковке, штамповке. Все эти операции могут быть проведены лишь в том случае, если металл пласти­чен. Если бы металл обладал только упругими свойствами, то слиток после обжатия между валками или после прес­сования снова принял бы первоначальную форму и про­катка и прессование не привели бы к цели.

На прочность и пластические свойства металлов сильно влияет температура. При нагревании прочность понижается, а пластичность увеличивается. Вот почему большинство процессов обработки металлов давлением проводят при высоких температурах.

Давление действует так же, как и температура, — по­вышает пластичность и понижает упругость. Сталь при давлении в несколько тысяч атмосфер становится такой же пластичной, как свинец.

Силы взаимодействия между атомами в кристаллах изучены теперь настолько хорошо, что учёные могут вы­числить прочность того или другого кристалла. При такого рода расчётах предполагается, конечно, что кристалличе­ская решётка построена идеально правильно.

По теоретическому расчёту кристалл поваренной соли (соединение натрия с хлором) должен разрушаться при напряжении 200 кг/мм2. Но в действительности кристалл разрушается и при напряжении в 400 раз меньшем.

Это происходит потому, что у поверхности кристаллов поваренной соли есть много мельчайших трещин, и эти трещины сильно снижают прочность. Если испытания про­водить под водой, предел прочности кристалла возрастёт до 160 кг! мм2. Это объясняется тем, что поверхностный слой кристалла в воде растворяется, и новые грани кристалла уже не имеют трещин.

Но 160 кг! мм2 — это не 200 кг! мм2. Что же ещё может снижать прочность кристалла?

Уже давно существовало предположение, что кристал­лов с идеально правильными пространственными решёт­ками не существует. Неравномерное охлаждение при кристаллизации, примесь посторонних атомов, хотя бы и ничтожно малая, тесное соседство с другими кристал­лами и, наконец, тепловое движение атомов в той или иной мере искажают решётку. Каждый кристалл по этому предположению состоит из отдельных «блоков», слегка сдвинутых по отношению друг к другу. Такую структуру кристаллов назвали мозаичной. В самые последние годы мозаичную структуру действительно уда­лось увидеть. Наблюдения велись с помощью элек­тронного микроскопа, дающего увеличение в 40 000 раз (рис. 20). Размеры блоков различны — от нескольких микронов до сотых долей микрона (микрон — одна ты­сячная часть миллиметра).

По современным воззрениям величина блоков влияет на механические свойства кристаллов. Так, например, чем меньше блоки, тем прочнее металл. Этим объясняется тот

Рис. 20. Мозаичная структура, обнаруженная в чистой отож­жённой меди.

Факт, что металлы после про­катки, штамповки и волоче­ния (уменьшающих величину блоков) становятся прочнее.

При испытании на проч­ность был замечен ещё один интересный факт: прочность образцов металлов, взятых для испытаний, всегда выше прочности изделий, изготов­ленных из того же самого металла; тонкая металличе­ская проволока прочнее, чем толстая. Чем больше сечение изделия, тем больше разница в прочности. Объясняется это очень просто. Чем толще бру­сок металла, тем больше ве­роятности, что в нём находят-^ ся газовые пузырьки, микроскопические трещины и другие дефекты, уменьшающие прочность.

Источник