Николаев О.С. Прочностные свойства конденсированного состояния металлов

Оглавление

Предисловие

Настоящая работа не могла быть написана без обширного справочного материала. Так как описывались прочностные свойства металлов в твердом и жидком состояниях, то соответственно необходимы были справочные материалы по двум этим фазовым состояниям.

Наиболее полно основные теплофизические свойства металлов приведены в работе В.Е.Зиновьева. В ней описаны 73 металла, а значения параметров приведены в интервале от 100 град. К до температур плавления, а в некоторых случаях и выше. Названый справочник даёт сведения о теплофизических параметрах металлов известных до 1989 года.

Новый справочник по физическим свойствам элементов под общей редакцией проф., докт., техн., наук М.Е.Дрица дает еще более обширную информацию почти о всех элементах периодической таблицы Д.И.Менделеева. Он сообщает сведения о свойствах элементов собранных до 1997 года.

Оба издания уникальны по содержанию и дают большой объём информации об элементах. Автор настоящей работы пользовался информацией из этих справочников и, хотя она не всегда была равнозначной, во всех случаях ее ценность оставалась высокой.

Помимо этого была использована информация и из других изданий.

Разрабатываемые новые методы определения механической прочности чистых металлов могли быть признаны в дальнейшем лишь в том случае, если получаемые результаты при соответствующих условиях описывали экспериментальные данные перечисленных справочных изданий. Сравнение расчетных и экспериментальных данных составляют главную доказательную основу настоящей работы. При этом необходимо помнить, что данные приводимые в справочных изданиях соответствуют физическим элементам чаще всего "технической" чистоты.

Используя тепловые параметры металлов (плотности, удельные теплоёмкости, коэффициенты объемного или линейного расширения, теплоты нагрева 1 кг. металла от 0 град. К до температуры плавления) рассматриваются методы расчета механических параметров (прочности, объёмных модулей на сжатие или растяжение). При этом используются свойства металлов, состоящих в основном из нейтральных атомов в названном выше интервале температур. Основу работы составляют четыре уравнения. Закон Гука для линейных и объёмных деформаций. Первый закон термодинамики и уравнение для определения периода колеблющихся тел в виде:

T=8A/v_max

Использование этих уравнений привело к тому, что получаемые значения прочностей металлов в твердом состоянии оказались в хорошем согласии с экспериментальными данными. Работа состоит из пяти глав и приложения.

В первой главе описываются приближенные методы определения радиусов атомов металлов, плотности металлов при температуре кипения, критических параметров металлов, коэффициентов поверхностного натяжения металлов при температуре кипения, теплот испарения металлов для температур плавления и кипения. Эти методы позволяют восполнить значения тех параметров металлов, которые необходимы для производства вычислений механических характеристик, но отсутствуют в приводимой справочной литературе.

Во второй главе определяется связь модулей объемного сжатия К_vc и растяжения К_vp с тепловыми параметрами. Вычисляются максимальные тепловые относительные деформации epsilon_nu и epsilon_e. Определяется сжимаемость металлов по тепловым параметрам.

В третьей главе рассматриваются методы определения механической прочности твердых металлов. Среди них тепловой, деформационный, тепломеханический, определяется прочность металлов при всестороннем сжатии. В главе четвертой описываются прочностные свойства жидких металлов. Описываются способы определения прочности жидких металлов на линейное растяжение и всестороннее сжатие. Определяется удельная прочность.

В главе пятой сделан краткий анализ результатов полученных в работе.

В конце работы представлен список использованной литературы и приложение.

Приложение состоит из справочного материала (приложения 1 и 4) и материала, в котором более подробно рассматриваются некоторые вопросы, касающиеся темы работы (приложения 2, 3 и 5).

Приложение 1 состоит из длиннопериодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева. Она удобна во всех случаях, когда необходимо определить физические параметры металла по известным параметрам его аналогов.

В приложении 4 приведены расчетные значения физических параметров металлов, полученные при выполнении расчетов в данной работе или в предыдущих.

В приложении 2 выводится формула зависимости периода колебаний маятника от амплитуды и максимальной скорости движения при прохождении точки равновесия. В приложении 3 предлагается простой способ оценки предельной теоретической прочности жидких металлов. В приложении 5 приведен способ определения удельной теплоёмкости металла при температуре кипения. Приложение 6 состоит из таблиц расчетных значений физических параметров сиборгия и хассия.

Об авторе

Николаев Олег Семенович

Физик, окончил Харьковский госуниверситет. Преподавал физику в средней школе, на подготовительных курсах и в Университете имени В. Даля. Длительное время работал в должности старшего научного сотрудника НИИ управляющих вычислительных машин. Занимался исследованиями физических свойств и режимами применения новых полупроводниковых приборов и интегральных схем в изделиях вычислительной техники. Несколько лет проработал начальником лаборатории физико-химических исследований в НПК «ТЕМП». Организовал измерения электрических параметров и исследование оптимальных режимов поляризации пьезокерамических элементов различных типов. Является автором около 30 печатных работ, среди них 13 монографий, в том числе по физике прочности чистых металлов.