Введение к работе
Иктуальность темы. Большинство материалов, особенно порошковых, металлических и керамических, бетоны, многие горные породы и т.д. являются пористыми. Пористость является неотъемлемой особенностью их строения и, наряд/ с химической и кристаллической структурой, эказывает существенное влияние на свойства. В настоящее время пористые материалы находят широкое применение в качестве фильтров, гомогенизаторов, диспергаторов, глушителей, элементов испарителей и теплообменников.
Вместе с тем, следует отметить, что широко бытует мнение о пористости как нежелательном элементе структуры материалов, в цепом отрицательно влияющем на механические свойства.
Вопросам теоретического и экспериментального анализа зависимости физических свойств хрупких материалов от пористости посвячено значительное число работ, авторы которых исследовали элек-гро- и теплопроводность, упругие свойства, прочностные характеристики в зависимости от объемного содержания пор в материале. Несмотря на несомненные достижения в этой области, развитие физической теории разрушения пористых материалов, основанной на учете их реальной структуры, остается одной из актуальных проблем современного физического материаловедения. Особо остро стоит эта проблема для спеченных материалов. Бе актуальность связана с необходимостью разработки новых и оптимизации традиционных технологий получения конструкционных материалов, прогнозирования разрушения и расчетов на прочность деталей и конструкций.
Однако, остается ряд невыясненых аспектов, связанных с ролью пор в процессе разрушения малопластичных материалов. Ввиду того, что разрушение материалов может реализовываться по различным механизмам с наличием (или отсутствием) пластической деформации, участие пор в процессе разрушения многопланово. . Решение этой проблемы может быть найдено только путем учета как механизмов разрушения, так и особенностей трансформации структуры материала при изменении объемного содержания пор.
Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы было выяснение роли пористости в формировании уровня трещиностой-кости хрупких материалов, разрушающихся по разным механизмам и эпределение влияние механизмов разрушения на характер зависимости грещиностойкости от пористости.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Исследование влияния пор на трещиностойкость материалов, разрушающихся хрупко интеркристаллитно, сколом и слиянием пор.
-
Изучение особенностей разрушения материала, в котором наблюдается смена механизма разрушения при изменении пористости и анализ причин, приводящих к хрупко-пластичному переходу.
-
Исследование трещиностойкости пористого аморфного материала.
4. Получение аналитического выражения зависимости трещиностой
кости хрупких материалов от пористости
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Механизмы разрушения оказывают решающее влияние на зави
симость механических свойств материалов от пористости.
2. Закономерности влияния основных механизмов разрушения
(скол, хрупкое межзеренное, пластичное посредством слияния пор)
на вид зависимости трещиностойкости от пористости.
-
Аналитическое выражение зависимости трещиностойкости хрупких материалов от пористости, учитывающее оффект торможения трещины на порах.
-
Закономерности влияния пористости на смену механизмов деформации и разрушения пористых порошковых материалов.
Научная новизна. Впервые проведены систематические фракто-графические исследования порошковых материалов, разрушающихся по единому механизму разрушения в широком диапазоне пористостей. Установлены зависимости трещиностойкости от пористости для материалов, разрушающихся хрупко интеркристаллитно и сколом. Показано, что с ростом объемной пористости, происходит изменение параметров пористой структуры и характера взаимодействия трещины с порами, что приводит к увеличению трещиностойкости материалов, разрушающихся сколом. Предложена аналитическая зависимость трещиностойкости от пористости. На порошковом железе показано, что смена механизма разрушения от скола к слиянию пор при увеличении пористости обусловлена сменой механизма пластической деформации от двойникования к скольжению вследствие ограничения пористостью афективного размера материала, способного накапливать механические напряжения. Впервые выполнено исследование прочностных свойств аморфного материала с нано-пористой структурой.
Практическая ценность работы. Установленные в работе особенности взаимодействия трещины с пористой структурой позволяют прогнозировать трещиностойкость пористых материалов и использо-
вать пористость для повышения трещиностойкости хрупких материалов. Установленная корреляция модуля упругости и морфологии пор открывает пути к конструированию материалов с заданными нехани-ческими параметрами путей управления их пористой структурой.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладовалхсь и обсуждались на Всесоюзном совещания "Хром-84" (Киев, 1984), V республиканской конференция "Физика разрушения" (Черновцы, 1985), Всесоюзной конференция "Новая технология, физические процессы прочности и пластичности прецизионных материалов" (Нижний.Новгород, 1988), VI Всесоюзной конференции "Физика разрушения", (Киев, 1989), Всесоюзной конференция "Физика прочности и пластичности металлов и сплавов" (Куйбышев, 1989), семинаре "Механика и физика разрушения хрупких и малопластичных материалов" (Рига, 1989, 1991), международной европейской конференции по разрушению ECF-8 (Турин, 1990).
Публикации, основные положения диссертации опубликованы в 7 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 149 страницах, содержит 59 иллюстраций и список литературы из 113 наименований.