|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Портевена - Ле Шателье эффект |
 | |
Анимация
Описание
Скачкообразная деформация - появление у большинства металлов и сплавов нестабильности пластического течения в области температур, близких к абсолютному нулю. Это достаточно общий эффект, наблюдаемый при растяжении твердых тел, имеющих кристаллическую структуру.
Для объяснения физической природы появления скачков было выдвинуто несколько гипотез. К настоящему моменту наименее противоречивой является гипотеза тепловой природы скачков - наличие термической нестабильности процесса деформации приводит к локальному разогреву материала из-за малых значений его теплоемкости и теплопроводности при низких температурах.
Скачкообразность процесса скольжения присуща вообще явлению пластического течения кристаллических тел. Микроскопические скачки деформации при высоких температурах появляются как при ползучести, так и при активном нагружении монокристаллов уже до уровня их пределов текучести. Превращение микроскачков в макроскачки при очень низких температурах обусловлено локальным тепловым размягчением решетки в результате прохождения первичных инициирующих микроскачков. Это приводит к лавинообразному нарастанию деформации и разогреву материала в локальном объеме; а в конечном счете к падению напряжения.
Условием для появления скачков является наличие высоких деформирующих напряжений, при которых создается необходимая степень структурной микронеоднородности решетки, связанной с появлением в ней больших амплитуд локальных внутренних напряжений. Однако высокие деформирующие напряжения являются необходимым, но недостаточным условием существования скачков. Во многих случаях при высоком уровне напряжений, приложенных к кристаллу, скачки не возникают, и лишь понижение температуры приводит к их появлению.
Основные закономерности скачкообразной деформации могут быть проиллюстрированы на примере поликристаллического алюминия (рис. 1).
Диаграмма скачкообразной деформации поликристаллического алюминия
Рис. 1
Скачки на диаграмме обнаруживаются только после значительной деформации образца, при высоком уровне напряжений; они возникают лишь после снижения температуры от 4,2 до 1,6 К. Их амплитуда и число увеличиваются с ростом деформации. Даже снижение температуры от 1,6 до 1,3 К еще продолжает влиять на характер и число скачков.
Скачкообразная деформация начинается при определенной критической температуре и при ее понижении усиливается. У Al, Ti, Ta, Gd скачки возникают при понижении температуры от 4,2 до 1,6 К, у меди и сплавов (a-латунь, сталь Ст2, сплав В-95) - при температуре 4,2 К, у сплава Al-Mg - при температуре 10 К.
Важную роль играет скорость деформации. Ее увеличение приводит к скачкам деформации. При малой скорости деформации скачки отсутствуют. Эффект зависит от размеров образцов; уменьшение их толщины и ширины приводит к снижению числа и даже исчезновению скачков. Эффект зависит также от микроструктуры вещества, ориентации кристаллов, количества примесей, термической обработки, преддеформаций.
Эффект деформации проявляется на телах различной геометрической формы.
Пространство проявления результата воздействий - объем кристаллического тела. Внешне проявляется в изменении формы и размеров тела.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Характеристики некоторых материалов, на которых проявляется физический эффект приведены в таблице 1.
|
|
|
|
Таблица1 |
||
|
Материал |
Модуль сдвига G, ГПа |
Предел текучести sт, МПа |
Временное сопротивление разрыву sв, МПа при температуре, К. |
||
|
4,2 |
1,6 |
300 |
|||
|
Алюминий |
24,5 |
56,3-64,4 |
220 |
230 |
30 |
|
Никель (99,6%) |
77 |
150 |
970 |
990 |
540 |
|
Свинец |
5,6 |
4,9-9,8 |
72 |
78 |
13 |
|
Тантал (99,75) |
- |
- |
1150 |
1200 |
620 |
|
Медь |
41,5 |
68,5 |
420 |
420 |
230 |
|
Титан (99,6%) |
- |
660 |
1340 |
1320 |
750 |
|
Сплав В-95
Незакаленный:
Закаленный: |
26-27
26-27 |
150
450 |
550
830 |
610
820 |
340
650 |
Эффект скачкообразной деформации может быть использован для исследований прочности и пластичности твердых тел.
Реализации эффекта
Металлический стержень, охлажденный до гелиевой температуры, подвергается растягивающему усилию. Измеряется динамика удлинения стержня. Наблюдается скачкообразное удлинение стержня (рис. 2).
Схема технической реализации
Рис. 2
Литература
1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- С.90, 460.
2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.- С.20, 231, 460.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
