Развитие поврежденности в металлах при нагружении в условиях контакта с ПАВ

О.Б. Наймарк1, М.В. Банников1
1Институт механики сплошных сред УрО РАН
Аннотация
В статье обсуждаются особенности проявления эффекта Ребиндера, заключающиеся в качественном изменении многомасштабной кинетики развития поврежденности в деформируемом образце в присутствии поверхностно активных веществ, его влияние на усталостную долговечность чистого железа при гигацикловом режиме нагружения связываются с качественным изменением роли поверхности. Представлено изображение развития усталостной трещины(оптическая микроскопия).Особенности проявления эффекта Ребиндера, заключающиеся в качественном изменении многомасштабной кинетики развития поврежденности в деформируемом образце в присутствии поверхностно активных веществ (ПАВ) (в данной работе – жидкого галлия), его влияние на усталостную долговечность чистого железа при гигацикловом режиме нагружения связываются с качественным изменением роли поверхности. Свойство поверхности действовать в качестве «стока» большой мощности для дефектов оказывается существенно сниженным при близости химических потенциалов твердого тела и ПАВ вследствие «достраивания» незавершенных атомных плоскостей, что обеспечивает «адиабатичность» процесса накопления поврежденности в объеме материала. Усталостные испытания чистого железа проведены на ультразвуковой резонансной нагружающей машине Shimadzu USF-2000 с частотой испытаний 20 кГц в режиме так называемой гигацикловой усталости, когда при крайне низких амплитудах напряжения (ниже предела пропорциональности) материал разрушается при достижении количества циклов нагружения до величин 10^9. Поверхность разрушения исследовалась оптическим и сканирующим электронным микроскопом с целью определения глубины проникновения жидкого металла в область разрушения. Показано, что долговечность и прочность материала существенно снижаются при контакте с ПАВ («адиабатичности» поверхности), при этом область локализации плотности дефектов смещается в приповерхностный слой, что характерно для проявлений «охрупчивания» материалов при контакте с ПАВ. Эффект Ребиндера кардинально изменяет механизм зарождения трещины при гигацикловом режиме усталости, что приводит к образованию трещины в приповерхностном слое образца, а не в объеме материала, что характерно для режима гигациклового нагружения.
Получена: 02 июля 2015   Исправлена: 13 ноября 2015   Принята: 15 ноября 2015
Просмотры: 366   Загрузки: 62
Ссылки
1.
P.A. Rehbinder, E.D. Shchukin, Physics-Uspekhi (1972)108, 1,(in Russian) [Ребиндер П.А., Щукин Е.Д. // Усп.физ. наук. 1972. 108.С. 1. ]
2.
O.B. Naimark / Phys. Mesomech. Jour. (2003), V.4.- P.45-72. (In Russian) [Наймарк О.Б. / Физ. Мезомех.- 2003.- Т.4.- С.45-72.]
3.
Naimark O.B. / In: Advances in multifield theories ofcontinua with substructure. Ed.: G.Capriz, P.Mariano.-Boston, Birkhauser.- 2004. -P.75-114.
4.
O.B. Naimark / Phys. Mesomech. Jour. (2010), V.13(5).-P.113-126 (In Russian) [Наймарк, О.Б. /Физ. Мезомех.- 2010. - Т.13. - No5. – С.113-126.]
5.
Ya.I. Frenkel, Kineticheskaya teoriya zhidkosti. –Leningrad: Nauka (1975) P.592 (in Russian) [ Я.И.Френкель, Кинетическая теория жидкости.-Ленинград: Наука.- 1975.-C.592
6.
Naimark O.B., Silberschmidt V.V. / Eur.J. of Mechanics,1991, n.6, p.607-619.
7.
O. B. Naimark, O. A. Plekhov, V. I. Betekhtin, A. G.Kadomtsev, M. V. Narykova / Technical Physics (2014), V59, Iss 3, pp 398-401
8.
V.V. Shevelya, B.I. Kosteckiy, Doklady Physics, (1967),175(6), p. 1270-1272, (in Russian) [Шевеля В.В.,Костецкий Б.И. / Доклады Академии Наук, 1967, т.175, No6, 1270-1272]
9.
C. Bathias, P. C. Paris. Gigacycle Fatigue in MechanicalPractice . Marcel, Dekker Publisher Co. (2005) 328 p.
10.
A.N. Vshivkov, A.E. Prokhorov, S.V.Uvarov, O.A. Plekhov// PNRPU Mechanics Bulletin, 4,18-32,( 2013). [А.Н.Вшивков, А.Е. Прохоров, С.В. Уваров, О.А. Плехов //Вестник ПНИПУ Механика, 2013, No 4, с. 18-32.]
11.
Mughrabi H. / Int J Fatigue. 2013, Vol. 57, pp. 2–8.