Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

так же, как уменьшение поперечного сечения при испытаниях на

растяжение.

При распаде пересыщенных твердых растворов снижается сопротивляемость сплава коррозии. Частицы выделяющейся новой фазы, отличающиеся по составу и структуре от основного твердого раствора, приобретают аномальную электрохимиче­ скую активность вследствие разницы в потенциалах растворе­ ния. Если частицы выделений — анодные, то они стремятся раствориться в присутствии электролита; если катодные, то они защищены от коррозии, но матрица стремится раствориться вокруг них.

При старении в сплавах часто наблюдается коррозионное растрескивание под напряжением, связанное с локализованным выделением по границам зерен. Присутствие даже небольшого количества локализованных выделений может повести к возник­ новению растрескивания по границам зерен на участке образца, подвергнутого большим напряжениям.

Мартенситное превращение и распад мартенситной структу­ ры. Для получения высокой твердости и прочности сталей спла­

материалов, образующаяся в результате мартенситного превра­

Мартенситная структура в сталях, образующаяся в процессе закалки стали из переохлажденного аустенита, представляет

углерода она искажается и становится тетрагональной. Согласно общей теории мартенситных превращений в стали

и в безуглеродистых железных и цветных сплавах мартенситная структура образуется при охлаждении сплава с достаточно большой скоростью не меньше некоторой критической, величина которой зависит от состава сплава, при определенной для каждого сплава температуре. Однако мартенситная структура может образовываться в небольшом количестве и при постоян­ ной температуре.

Мартенситное превращение состоит в перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а только сме­ щаются относительно друг друга на расстояния, не превышаю­ щие межатомные.

относительно малую величину, температурная зависимость ско­ рости распада мартенсита имеет вид

сита.

Исследования показывают, что изменение структуры а-фазы при распаде мартенсита и кинетика образования зародышей фазы выделения подчиняются общим закономерностям, харак­ теризующим распад пересыщенных твердых растворов [66].

Влияние легирующих элементов на кинетику распада мар­ тенсита при температурах до 150° С — слабое; в легированной стали распад при этих температурах протекает почти с теми же скоростями, что и в углеродистой стали. Наличие легирующих элементов существенно сказывается при температурах, превы­ шающих 150° С, что связано с процессом коагуляции карбидных частиц. Установлено, что карбидообразующие элементы (хром, титан, ванадий, молибден, вольфрам), резко замедляющие диф­ фузию углерода, замедляют коагуляцию карбидной фазы и процесс распада при температурах выше 150° С.

Деформация способствует распаду мартенсита закаленной стали. Мартенсит частично распадается в процессе самой деформации; при этом выделяется высокодисперсная карбидная фаза, т. е. происходит дисперсионное твердение, что обусловли­ вает дополнительное упрочнение стали.

Причиной распада мартенсита при деформировании угле­ родистой стали является, так же как при деформировании алюминиевых сплавов, образующих пересыщенный раствор, значительное уменьшение критической величины зародыша выделяющейся фазы у плоскостей сдвига и связанное с этим очень сильное ускорение распада.

Полиморфные превращения (превращения одной модифика­ ции элементов в другую при определенной температуре, так называемой точке перехода) связаны с возможностью образо­ вания элементов решеток различных кристаллографических систем и с образованием молекул данного элемента с различным числом атомов.

Полиморфные превращения характеризуются изменением объема: превращение олова сопровождается увеличением объема на 25,6%. Объемные изменения и связанная с этим затрата энергии на деформирование тормозят зарождение и рост кристаллов новой фазы, особенно внутри образца. В связи с этим почти все полиморфные превращения начинаются преимущественно с поверхности образца, границ зерен, плоско­ стей сдвига и других участков местной неоднородности; при этом работа образования зародыша меньше, а вероятность образования зародыша больше, чем внутри зерна [66].

Почти всегда пластическая деформация, вызванная действи­ ем внешних сил, увеличивая структурную неоднородность ме­ талла, облегчает процесс превращения. Нередко пластическая деформация исходной фазы, вызванная появлением кристалла второй фазы, облегчает зарождение и рост новых кристаллов второй фазы, так что процесс развивается автокаталитически.

Центры кристаллизации новой фазы самопроизвольно зарождаются с заметной скоростью только при определенном значительном переохлаждении, что также связано с объемными изменениями при превращении и с необходимостью совершить работу против упругих сил и работу пластической деформации в момент образования зародыша, даже если он возникает на поверхности образца. Для возможности превращения необхо­ димо выполнение условия АФ > Е, где Е — упругая энергия и работа пластической деформации, связанная с образованием зародыша полиморфной модификации (отнесенная к грамматому металла); АФ — разность свободных энергий исходной и

что температура переохлаждения, при которой могут возникать зародыши новой фазы, должна превышать АТ0 = ETJE.

В большинстве металлов полиморфные превращения яв­ ляются ориентировочными, т. е. кристаллы новой модификации

кристаллического и аморфного строения, формой и степенью подвижности цепей, величиной и характером сил, действующих между цепями, степенью «сшивания» цепей (образования поперечных связей). Поперечные связи ограничивают движение цепей относительно друг друга и оказывают большое влияние на физические свойства полимеров. С ростом числа поперечных связей уменьшается растворимость полимеров, ухудшаются механические свойства, характерные для линейных полимеров: эластичность, вязкость и др. Свойства «сшитых» полимеров ана­ логичны свойствам полимеров с трехмерной структурой.

На свойства полимеров оказывает влияние степень полиме­

так же как других материалов, называют зав^сяіщ^от^ времени изменение их свойств в условиях хранения (или экеляуаті^шГ"

Старение технических полимерных материалов обусловлено в основном процессами, приводящими к деструкции полимеров, т. е. распаду основных цепей макромолекул на осколки более простого строения, или к изменению строения макромолекул и взаимодействия между ними (без разрыва основной цепи).

Кроме процессов деструкции, причиной старения материалов, зависящей от времени изменения свойств полимеров и пласт­ масс, могут быть процессы структурирования (образования доба­ вочных внутренних связей), выделения пластификатора и др. [66].

одновременного действия различных факторов. Как правило, наиболее важными факторами является влияние тепла, света и кислорода; соответственно наиболее распространенными про­ цессами деструкции являются термическая, фотохимическая и окислительная деструкция, а также термоокислительная и фотохимически активированная окислительная деструкция.

Кроме одновременного действия внешних факторов, большая сложность реакций деструкции связана с протеканием побочных реакций, возможность которых обусловлена медленной диффу­ зией летучих продуктов из деструктирующего полимера.

Стабильность полимеров, их стойкость к процессам старения зависят от энергии связи между атомами соединения, строения, легкости образования. Возникновение поперечных связей и пе­ регруппировка в более стабильные регулярные структуры снижают или замедляют разложение полимеров. Нарушение регулярности структуры (разветвления, неблагоприятно распо­ ложенные пространственные и концевые группы, примеси) ослабляет стабильность соединений. Обычно деструкция ини­ циируется именно на этих участках. Процессы старения суще­ ственно зависят также от типа реакции, протекающей после разрыва связи; если энергия активации следующей стадии ре­ акции высока, дальнейшее разложение затормаживается.

При старении пластических материалов могут изменяться структура, молекулярный вес, химический состав, взаимодей­ ствие макромолекул, определяющие физико-механические свой­ ства этих материалов. При старении в результате деструкции часто уменьшаются длина цепи и молекулярный вес полимеров, что существенно ухудшает их механические свойства: снижает прочность при растяжении, увеличивает хрупкость при низких температурах, снижает стойкость к истиранию и т. д. В резуль-