Современная техника предъявляет к конструкционным материалам по крайней мере два основных требования: они должны иметь достаточно высокую прочность, чтобы выдерживать задаваемую нагрузку, и одновременно обладать вязкостью, исключающей возможность хрупкого разрушения в определенных условиях работы конструкции.
Современная тенденция к термопластическому упрочнению металлических материалов базируется на ограничении подвижности дислокаций и стабилизации получаемых дислокационных субструктур [1, 2]. При этом достигается высокий уровень прочности (у сталей он может составлять 340—350 кГ/мм2 для деталей с большими сечениями), но одновременно происходит снижение другой важной характеристики материала — его вязкости. Противоречивость этих двух эффектов упрочнения усугубляется, если высокопрочный материал предназначен для использования при низких (криогенных) температурах.
Можно утверждать, что в случае обычных металлических материалов при низких температурах высокая прочность и хорошая вязкость принципиально несовместимы, в связи с чем приходится использовать в конструкциях лишь часть потенциальной прочности металла (как правило, менее 50%), чтобы избежать хрупкого разрушения и повысить надежность работы деталей. Естественно, что вес конструкций при этом существенно возрастает.
Осуществление в течение последних двух десятилетий ядерных и космических программ в нашей стране и США явилось значительным стимулом для развития криогенной техники. Значительно возросли и стали более разнообразными требования к материалам, предназначенным для использования при низких температурах. Перечислим некоторые из наиболее материалоем-ких областей новой техники:
1) холодильные установки и аппаратура для получения сжиженных газов;
2) магистральные трубопроводы для транспортировки сжи-*енных газов и криогенные резервуары;
3) космические аппараты и ракеты;
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора русского издания............. . 5
Предисловие автора ......................... 13
Глава 1. Процессы деформации чистых металлов.......... 17
1.1. Основная терминология в области испытаний на растяжение 18
1.2. Упругая деформация.................... 20
1.3. Общие вопросы пластической деформации металлов..... 26
1.3.1. Микропластичность ................. 26
1.3.2. Кривые деформации монокристаллов при растяжении 30
1.3.3. Текучесть и пластическая деформация поликристаллов 32
1.4. Влияние температуры на текучесть и пластическое течение чистых металлов с гранецентрированной кубической решеткой 34
1.4.1. Монокристаллы.................... 34
1.4.2. Поликристаллы.................... 36
1.4.3. Дислокационные структуры ............. 37
1.4.4. Технические параметры ............... 41
1.5. Влияние температуры на текучесть и пластическое течение ; чистых металлов с объемноцентрированной кубической решет-
;'-' кой............................. 43
1.5.1. Монокристаллы.................... 44
1 1.5.2. Поликристаллы.................... 46
1.5.3. Дислокационные структуры.............. 47
1.5.4. Технические параметры ............... 51
1.6. Влияние температуры на текучесть и пластическое течение чистых металлов сч гексагональной плотноупакованной решеткой........................... 52
1.6.1. Монокристаллы ................... 52
1.6.2. Поликристаллы ................... 54
1.6.3. Дислокационные структуры.............. 56
1.6.4. Технические параметры ............... 57
1.7. Сравнение основных характеристик металлов с гранецентрированной и объемноцентрированной кубическими и гексагональной плотноупакованпой решетками........... 58
1.8. Пластическая деформация при постоянном напряжении: ползучесть ........................... 61
1.9. О'тжиг: возврат и рекристаллизация............. 63
Глава 2. Деформационные процессы в содержащих примеси металлах
и сплавах......................... 69
2.1. Текучесть и пластическое течение однофазных сплавов, упрочненных растворенными примесями.............. 70
2.1.1. Взаимодействие дислокаций с растворенными атомами 70
2.1.2. Влияние растворенных 'примесей на предел текучести 71
2.1.3. Влияние растворенных примесей на деформационное упрочнение...................... 74
24*
2.1.4. Однофазные сплавы с твердорастворным упрочнением, используемые при низких температурах........ 76
2.1.5. Высокотемпературные фазы, стабилизированные легирующими примесями................. §]
2.2. Текучесть и пластическое течение стареющих сплавов .... 95
2.2.1. Простые двойные сплавы............... 96
2.2.2. Стареющие сплавы, применяемые в криогенной технике
2.3. Текучесть и пластическое течение двухфазных сплавов ... 108
2.3.1. Мягкая пластичная вторая фаза........... 109
2.3.2. Твердая пластичная вторая фаза........... 109
2.3.3. Мягкая хрупкая вторая фаза............. ПО
2.3.4. Твердая хрупкая вторая фаза............ 111
2.4. Зуб текучести и зазубренные кривые деформации..... 112
2.4.1. Зуб текучести .................... 112
2.4.2. Кривые прерывистой деформации........... 115
Глава 3. Разрушение........................ 122
3.1. Основные механизмы вязкого и хрупкого разрушения . . . 123
3.1.1. Вязкое разрушение.................. 125
3.1.2. Хрупкое разрушение................. 133
3.2. Продвижение трещины. Вязкость разрушения....... 144
3.2.1. Баланс энергии...............•..... 144
3.2.2. Механика разрушения ................ 146
3.2.3. Измерение вязкости разрушения ........... 152
3.2.4. Взаимосвязь между прочностью и вязкостью материала 159
3.2.5. Прикладная механика разрушения.......... 162
3.2.6. Влияние температуры на вязкость разрушения .... 169
3.3. Хрупко-вязкий переход у сплавов на основе железа..... 172
3.3.1. Постановка задачи.................. 172
3.3.2. Температура перехода у сплавов на основе железа 182
3.3.3. Испытания' на сопротивление материалов хрупкому разрушению..................... 185
3.4. Зависящее от времени разрушение............. 199
3.4.1. Усталость ...................... 200
3.4.2. Коррозия и охрупчивание............... 208
Глава 4. Свойства неметаллов.................... 214
4.1. Полимеры......................... 214
4.1.1. Взаимосвязь между структурой и механическими свой-
ствами полимеров.................. 216
4.1.2. Полимерные материалы, особо важные для низкотем-
пературного применения............... 251
4.2. Керамики и стекла..................... 269
4.3. Композиционные материалы................. 272
4.3.1. Основы теории.................... 275
4.3.2. Низкотемпературные свойства композиционных материалов ......................... 286
Глава 5. Методы испытаний и испытательное оборудование...... 298
5.1. Основные типы криостатов и систем охлаждения...... 299
5.2. Модификации, варианты и специальные приспособления . . . 303
5.2.1. Многообразцовые приспособления........... 303
5.2.2. Испытания на сжатие................. 306
5.2.3. Изгиб, кручение и другие виды испытаний....... 307
5.2.4. Испытания на усталость............... 309
5.2.5. Испытания на удар.................. 311
312
5.3. Экстензометрия....................... .,!-
5.3.1. Тснзодатчики сопротивления.............. -э о
5.3.2. Датчики перемещения . .-............... 3 Пэ
5.3.3. Емкостные датчики..................
Глава 6. Конструирование и критерии выбора материалов...... 319
399
6.1. Совместимость........................
6.1.1. Совместимость с жидким кислородом и другими рабо-
чими жидкостями................... з^;
6.1.2. Совместимость с внешней средой........... 32о
6.2. Вязкость.......................... '.,„,,
6.2.1. Основная проблема..................
6.2.2. Практические нормы на проектирование оборудования, работающего под давлением.............. 3-/
6.2.3. Некоторые экономические соображения при проектировании сосудов давления в соответствии с нормами . . 331
6.3. Технологические вопросы........•......... ЗЗо
6.3.1. Доступность материалов.......•....... ЗЗо
6.3.2. Выбор конструкционных материалов.......... 337
6.3.3. Выбор технологического оборудования и процессов . . 338
6.3.4. Соединения...................... 33J
6.4. Экономические соображения................ 34о
6.5. Другие технические соображения.............. 34/
6.5/1. Плотность...................... 34/
6.5.2. Удельная теплоемкость.....'........... 34/
6.5.3. Термическое расширение............... ЗоО
6.5.4. Электропроводность.................. '*?-
6.5.5. Теплопроводность................... Зо_
6.5.6. Другие физические свойсГва............. Зо/
Приложение 1. Краткая характеристика сплавов алюминия и их обработки (по данным Американского общества алюминиевых сплавов) ...............................
Приложение 2. Температурные точки некоторых веществ в криогенной "
области . ..... ....................... ЗЬ1
Предметный указатель
