Файл: Ейльман, Л. С. Проводниковые материалы в электротехнике.pdf

Если сплав представляет собой смесь хаотически расположен­ ных кристаллов без единой основы, то его удельная электрическая проводимость выражается формулой

где Vi и v2— удельные электрические проводимости первой и второй

При плавлении металлов сопротивление изменяется скачкообразно, например сопротивление меди возрастает в 2 раза.

При упругом сжатии или растяжении удельное сопротивление металлов изменяется по формуле

Рис. 6. Зависимость относительного электрического сопротивле­ ния от давления (Ro — удельное сопротивление при нормаль­ ном давлении).

18

уменьшением амплитуды колебаний атомов в кристаллической решетке и соответствующим уменьшением рассеяния решеткой электронов проводимости. У щелочных и щелочноземельных ме­

ствием давления формы поверхности Ферми. Скачки сопротивления некоторых металлов, например Ва, объясняются полиморфными пе­ реходами от одной кристаллической решетки к другой (рис. 6,6).

На свойстве металлов изменять сопротивление с изменением давления основано устройство манометров сопротивления. Пласти­ ческая деформация обычно повышает сопротивление металлов вслед­ ствие искажений кристаллической решетки. При малых деформациях иногда наблюдается уменьшение сопротивления, что должно быть приписано побочным явлениям: уплотнению металла, разрушению изолирующих межкристаллических пленок и т. п.

Термическая обработка сплавов, вызывающая выделение из твердого раствора второй фазы (частиц какого-либо компонента или химического соединения), увеличивает проводимость основной матрицы и применяется при производстве сплавов высокой прово­ димости и прочности (дисперсионно твердеющих сплавов). Такие сплавы получают при использовании малых добавок редких эле­ ментов: ниобия, бериллия, циркония и других, выделяющихся при термообработке в виде второй фазы.

3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОВОДНИКОВ

Кроме электрических свойств металла, существенное значение при эксплуатации имеют механические свойства изготовлен­ ной из него проволоки. Механические свойства металла оцениваются рядом показателей. Эти показатели, полученные на стандартных образцах, в сравнении с показателями, полученными для фактиче­ ских условий работы проводника, дают критерий, позволяющий определить работоспособность и надежность изделий.

Наиболее распространенными показателями механических свойств проволоки являются предел прочности на разрыв и отно­ сительное удлинение, которые характеризуют состояние металла (нагартованное или отожженное) и определяют его прочность.

Испытание проводят на разрывных машинах при длине образ­ цов 100 или 200 мм. Диаметр испытываемой проволоки влияет на результаты измерений вследствие так называемого масштабного фак­ тора. Чем тоньше проволока, тем обычно выше ее прочность. Имеет­ ся несколько теорий, объясняющих это явление. Статистическая теория объясняет влияние размеров присутствием в теле случайных неоднородностей, вероятность существования которых меньше в про­

на разрыв с завязанным узлом или петлей, который характеризует хрупкость проволоки. Обычно прочность на разрыв нагартованной (твердой) проволоки уменьшается с ростом температуры, а удли­ нение увеличивается, что происходит, начиная с некоторых значений температуры и времени выдержки при этой температуре. Это объяс­ няется отжигом (фазовой перекристаллизацией) металла. Вследствие коррозии или пережога (окисления по границам зерен) предел проч­ ности и удлинение уменьшаются одновременно.

а)

ММ £ j °/о

ношении ползучести при низких напряжениях и высоких темпера­ турах.

Предел упругости характеризует упругие свойства металла, т. с. то напряжение растяжения, которое может выдержать металл без необратимого (пластического) изменения своих размеров. В боль­ шинстве случаев при расчетах прочности твердых металлов пре­ небрегают пластическими деформациями и определяют допустимые нагрузки в зависимости от предела прочности материала. Допусти­ мые напряжения в некоторых случаях могут превысить предел упругости. Для мягкого и твердого состояния металла пределы упругости резко различны.

В условиях эксплуатации на проволоку действуют нагрузки различного характера, они вызывают переменные напряжения (сжа­ тие, растяжение), многократно изменяющиеся во времени. Опыт показывает, что металл в таких случаях разрушается при напряже­ ниях, меньших, чем предел прочности и предел упругости.

Свойство металлов разрушаться под действием переменных напряжений по истечении некоторого срока службы называется усталостью металлов. Способность металлов выдерживать большое число смен (циклов) переменных напряжений без разрушения назы­ вается выносливостью или циклической прочностью.

Цикл, в котором наибольшее и наименьшее напряжения равны по значению, но противоположны по знаку (растяжение и сжатие), называется симметричным. Если равенство напряжений по абсолют­ ному значению отсутствует, то цикл является асимметричным.

От амплитуды (наибольшего напряжения) зависит число цик­ лов до разрушения. Наибольшее по абсолютному значению напря­ жение, ниже которого металл не разрушается даже при неограничен­ но большом числе циклов, называют пределом цикличности или усталостной прочности и при симметричном режиме обозначают cr_i.

Кривая усталости имеет асимптотический характер, приближаясь к пределу усталостной прочности. Поэтому, если металл выдерживал базовое число циклов, обычно равное 2-106, то можно утверждать, что он выдержит то же напряжение и при значительно большем числе циклов [Л. 14].

Последний вывод не распространяется на пластичные цветные металлы, так как их кривая усталости не имеет асимптоты даже после 108 циклов и непрерывно понижается. Поэтому для пластич­ ных металлов определяются ограниченные пределы выносливости,

Растягивающие напряжения, прикладываемые к изгибаемому образцу, обычно создают асимметричный цикл и резко снижают предел выносливости. Наличие концентрации напряжений также снижает предел выносливости. Чувствительность к концентрациям напряжений повышается с ростом предела прочности металла. Этим объясняется изменение кривой выносливости в коррозионной среде.

На рис. 7,а приведены кривые выносливости проволоки диамет­ ром 0,1 мм из разных металлов и сплавов; зависимость дана не для напряжений, а для радиуса изгиба,

22