Cover Николаев О.С. Прочность металлов: Новые методы определения
Id: 99610
13.9 EUR

Прочность металлов:
Новые методы определения Изд. 2

URSS. 288 pp. (Russian). ISBN 978-5-397-00780-1.
  • Paperback
Серия: Relata Refero

Summary

Настоящая книга посвящена методам определения механической прочности чистых металлов и их изолированных атомов. Приведено большое количество примеров расчета прочности металлов в твердом и жидком состояниях, как известными способами, так и новыми. Практически в каждой главе читатель может найти для себя новую информацию. Книга снабжена приложениями, существенно расширяющими и дополняющими материал, изложенный в основном тексте.

Издание ...(More)может быть полезно специалистам в области физики металлов, в том числе инженерам-металловедам, а также преподавателям и студентам естественных и технических вузов.


Oglavlenie
Predislovie
Glava 1. Metalli
 1.1. Metallicheskoe sostoyanie
 1.2. Nekotorie svojstva metallov v tverdom i zhidkom sostoyaniyakh
 1.3. Osnovnie tipi kristallicheskikh reshetok, obrazuemikh metallami
 1.4. Metodi opredeleniya radiusov atomov metallov
 1.5. Energiya Fermi
 1.6. Zona dozvolennikh znachenij energij elektronov v kristalle metalla
Glava 2. Zavisimost' mekhanicheskoj prochnosti metallov ot svojstv sredi i vida vozdejstviya
 2.1. Perechen' parametrov, ot kotorikh zavisit prochnost' metallov
 2.2. Tipichnie zavisimosti prochnosti i modulya Yunga metallov ot temperaturi
 2.3. Osobennosti razrushenij metallov pri nizkikh temperaturakh
 2.4. Vliyanie vsestoronnego davleniya na prochnostnie svojstva metallov
 2.5. Nekotorie fizicheskie svojstva metallov visokoj stepeni chistoti
 2.6. Zavisimost' prochnosti metallov ot skorosti deformatsii
 2.7. Masshtabnij faktor
 2.8. Nekotorie fizicheskie svojstva radioaktivnikh metallov
Glava 3. Metodi teoreticheskikh otsenok prochnosti metallov
 3.1. Opredelenie vnutrennego davleniya v metallakh
 3.2. Metod styagivayuschego davleniya kristallicheskoj reshetki
 3.3. Metod Fermi-gaza
 3.4. Dlitel'naya (vremennaya) prochnost' tverdikh tel
Glava 4. Metodi opredeleniya tekhnicheskoj prochnosti metallov
 4.1. Teplovoj sposob
 4.2. Deformatsionnij sposob
 4.3. Opredelenie prochnosti metallov pri vsestoronnem szhatii
 4.4. Teplomekhanicheskij sposob rascheta prochnosti tverdikh metallov na razriv
Glava 5. Prochnostnie svojstva zhidkikh metallov
 5.1. Opiti, demonstriruyuschie nalichie prochnosti na razriv u zhidkikh metallov
 5.2. Metodi vichisleniya mekhanicheskoj prochnosti zhidkikh metallov na rastyazhenie
  5.2.1. Teplovoj sposob
  5.2.2. Teplomekhanicheskij sposob rascheta prochnosti zhidkikh metallov na razriv
  5.2.3. Metod razriva smachivaemikh poverkhnostej tverdikh plastin
 5.3. Sposob opredeleniya prochnosti zhidkikh metallov pri vsestoronnem szhatii
 5.4. Udel'naya prochnost' zhidkikh metallov
Glava 6. Fizicheskie svojstva minimal'nikh monokristallov (MMK) metallov
 6.1. Sposobi opredeleniya razmerov MMK metallov i ikh mass
 6.2. Umen'shenie teplot nagreva i plavleniya izolirovannikh MMK metallov
 6.3. Umen'shenie temperaturi plavleniya izolirovannikh MMK
 6.4. Prochnostnie svojstva izolirovannikh MMK metallov
Glava 7. Mekhanicheskie svojstva izolirovannikh atomov metallov
 7.1. Mekhanicheskaya model' atoma
 7.2. Prochnost' vneshnej elektronnoj obolochki atoma na szhatie
 7.3. Szhimaemost' izolirovannikh atomov metallov
 7.4. Moduli ob'emnoj uprugosti vneshnej elektronnoj obolochki atomov
 7.5. Predel'naya prochnost' atomov metallov na szhatie
Glava 8. Zaklyuchenie. Shkala prochnostej
 8.1. Prochnost' izolirovannikh atomov metallov
 8.2. Prochnost' tverdikh metallov
  8.2.1. Teoreticheskaya prochnost'
  8.2.2. Tekhnicheskaya prochnost'
  8.2.3. Ekstremal'nie znacheniya prochnosti, izmerennie u tverdikh metallov
  8.2.4. Prochnost' radioaktivnikh metallov
 8.3. Prochnost' zhidkikh metallov
  8.3.1. Prochnost' zhidkikh metallov pri vsestoronnem szhatii
  8.3.2. Prochnost' zhidkikh metallov pri deformatsii rastyazheniya
 8.4. Prochnost' MMK metallov
Literatura
Prilozheniya
 1. Opredelenie terminov
 2. Sravnenie otnositel'nikh deformatsij shara i kuba pri vsestoronnikh szhatii ili rastyazhenii
 3. Vichislenie maksimal'nikh razmerov kapel' rasplavov metallov, sokhranyayuschikh formu shara na nesmachivaemoj ploskoj, gorizontal'noj, izotemperaturnoj poverkhnosti
 4. Opredelenie rasstoyaniya mezhdu plastinami tverdogo tela pri zapolnenii prostranstva mezhdu nimi metallicheskoj zhidkost'yu
 5. Sposob opredeleniya koeffitsienta poverkhnostnogo natyazheniya metallov pri temperature kipeniya i prochnosti pri etoj temperature
 6. Metod opredeleniya metallicheskikh radiusov atomov metallov sed'mogo perioda tablitsi D.I.Mendeleeva
 7. Minimal'naya i predel'naya prochnost' atoma vodoroda na szhatie
 8. Metod opredeleniya prochnosti metallov po teplote ispareniya
 9. Eksperimental'noe opredelenie minimal'noj prochnosti zhidkogo splava SnPb na rastyazhenie

Predislovie

Vsya istoriya chelovechestva svyazana s izgotovleniem orudij dlya zanyatiya okhotoj i orudij dlya obrabotki zemli. Naprimer, snachala okhotniki vooruzhalis' palkami, zatem nauchilis' izgotavlivat' kostyanie nozhi i nakonechniki kopii, zatem pereshli k kamennim nozham i nakonechnikam i nakonets stali dlya etikh tselej primenyat' metalli. Poyavilis' mednie, bronzovie i zheleznie izdeliya. Vse zameni presledovali tsel' -- povisit' prochnost' i dolgovechnost' etikh izdelij. Nemalovazhnuyu rol' igrali sposobi obrabotki metalla. Esli kost' i kamen' mozhno bilo obrabativat' tol'ko v kholodnom sostoyanii, to metalli i ikh splavi legche bilo obrabotat' v goryachem sostoyanii. Poyavilas' novaya professiya -- kuznets. On bil nuzhen i zemledel'tsu, i okhotniku, i voinu.

Metalli obladayut samimi raznoobraznimi svojstvami. Odnako, v pervuyu ochered' bili zamecheni ikh prochnostnie svojstva. Pri etom razlichalas' prochnost' k postoyannim nagruzkam i udarnaya prochnost'. Prochnost' -- eto soprotivlenie metalla razrusheniyu. Razrushenie -- eto narushenie tselostnosti metalla.

Nastoyaschaya rabota posvyaschena opredeleniyu mekhanicheskoj prochnosti tekhnicheski chistikh metallov razlichnimi sposobami, kak izvestnimi, tak i novimi.

Kogda mi govorim o prochnosti metallov, neobkhodimo nazivat' i kriterij poteri prochnosti. Naprimer, esli govorit' o vozmozhnom kriterii poteri prochnosti provoloki pri deformatsii rastyazheniya, to on ocheviden. Eto razriv provoloki na chasti. Eto naglyadnoe narushenie tselostnosti. Drugoe delo -- deformatsiya szhatiya. Ochevidnogo kriteriya net. Poetomu otoshli ot trebovaniya "poteri tselostnosti". Ono ne yavlyaetsya obyazatel'nim teoreticheskim, a prakticheski i vredno. Ved', chtobi izbezhat' avarii lyuboj mashini ili prisposobleniya ee detalyam ne obyazatel'no rabotat' do poteri tselostnosti. Dlya etogo dostatochno togo, chto detal' izmenyaet svoi razmeri (deformiruetsya) tol'ko do opredelennoj, ustanavlivaemoj zaranee velichini. Eta velichina ustanavlivaetsya v tekhnicheskoj dokumentatsii. Dalee detal' neobkhodimo zamenit' novoj, izbezhav gibeli vsej mashini ili ustrojstva. Etot novij kriterij nazivaetsya uslovnim otkazom. Ponyatie "uslovnogo otkaza" bolee verno sluzhit, prakticheskim tselyam ekspluatatsii lyuboj mashini. Uslovnij otkaz -- eto dostizhenie uprugoj ili plasticheskoj deformatsii zaranee opredelennoj velichini (sm. prilozhenie 1).

V otkritoj literature net knigi posvyaschennoj tol'ko voprosam otsenki prochnosti tverdikh i zhidkikh metallov. Takie otsenki imeyutsya dlya tverdikh metallov, no oni razbrosani po raznim pervoistochnikam.

Naprimer, vnutrennee davlenie v metallakh opredelyaetsya v rabote Kuz'menko P.P. [18]. Metod styagivayuschego davleniya kristallicheskoj reshetki opisan v rabote Vonsovskogo M.I. [19]. Osnovopolagayuschaya rabota o kineticheskoj prirode tverdikh tel opublikovana Regelem N.R., Slutskerom A.N. i Tomashevskim E.E. v [20]. Imeetsya ob'ektivnaya neobkhodimost' sobrat' ikh v odnoj knige.

Krome etogo, ustanovivshayasya traditsionnaya skhema prepodavaniya fiziki tverdogo tela v VUZakh neadekvatna k voprosu osvescheniya mekhanicheskoj prochnosti.

Yasno, chto v obschikh uchebnikakh po fizike dlya nekotorikh VUZov voprosi prochnosti opuskayutsya po prichine nekhvatki uchebnogo vremeni. No chem ob'yasnit' ikh propusk v uchebnikakh dlya tekhnicheskikh VUZov, naprimer, v sovershenno novom uchebnike po fizike pod redaktsiej prof. V.N.Lozovskogo [22]. Takoj solidnij uchebnik fiziki v pyati tomakh, kak uchebnik Savel'eva I.V. [21], pochitatelem kotorogo yavlyaetsya i avtor etikh strok, ne privodit nikakikh teoreticheskikh sposobov opredeleniya mekhanicheskoj prochnosti tverdikh tel. Ob'em zhe znanij soobschaemij v uchebnike daet vozmozhnost' legko eto sdelat'.

K sozhaleniyu v chisle uchebnikov oboshedshikh vnimaniem takoe vazhnoe svojstvo tverdikh tel, kak mekhanicheskaya prochnost', prikhoditsya nazvat' uchebnik po fizike tverdogo tela pod red. doktora fiz.-mat. nauk I.K.Vereschagina [24], a tak zhe poslednee izdanie zamechatel'nogo po urovnyu i stilyu izlozheniya uchebnika po FTT dlya fizikov Pavlova P.V. i Khokhlova A.F. [25]. Avtori poslednego na visokom nauchnom urovne predstavili rassmotrenie mekhanicheskikh svojstv tverdikh tel na osnove zakona Guka, dali empiricheskoe sootnoshenie mezhdu teoreticheskoj prochnost'yu i modulem Yunga, ob'yasnili nizkie eksperimental'nie znacheniya tak, kak eto bilo predlozheno A.Griffitsom. Konkretnikh primerov teoreticheskikh otsenok prochnosti tverdogo tela (metalla) ne privedeno. Samo zhe nazvanie uchebnika i ego prednaznachenie dlya studentov fizikov, izbravshikh etu oblast' v kachestve svoej spetsial'nosti, logicheski trebovalo rassmotreniya etogo voprosa.

Naibolee informativnim izdaniem v etoj oblasti okazalas' monografiya N.N.Novikova [26]. Ona okazalas' udachno uravnoveshennoj v plane osvescheniya teorii i praktiki proizvodstva otsenok prochnosti.

Uchitivaya skazannoe vishe, osnovnie tseli nastoyaschej raboti svodilis' k sleduyuschim.

1. Sobrat' osnovnie izvestnie teoreticheskie sposobi otsenok prochnosti metallov.

2. Schitaya prochnost' fizicheskim svojstvom prisuschim i tverdomu i zhidkomu sostoyaniyam, opredelit' ee znacheniya dlya etikh sostoyanij.

3. Ogranichit' nomenklaturu tverdikh tel rassmotreniem tol'ko chistikh metallov.

4. Obobschit' parametri vneshnikh vozdejstvij i sobstvennikh svojstv metallov ot kotorikh zavisit ikh prochnost'.

5. Najti sposob otsenki prochnosti zhidkikh metallov.

6. Predlozhit' novie sposobi otsenok prochnosti chistikh metallov.

7. Proizvesti raschet mekhanicheskikh svojstv izolirovannikh atomov metallov.

8. Sravnit' teoreticheskuyu prochnost' metalla i nachal'nuyu (po vneshnej elektronnoj obolochke) prochnost' izolirovannogo atoma etogo zhe metalla.

V rabote sdelana popitka sobrat' i sistematizirovat' material, nakoplennij v uchebnoj i nauchnoj literature po otsenkam prochnosti metallov v tverdom sostoyanii. V svyazi s tem, chto zatragivaemie problemi prochnosti metallov slozhni, a metodi raschetov ne otrabotani, voznikayut bol'shie pogreshnosti v rezul'tatakh. Dopolnitel'nie pogreshnosti vnosyatsya v tekh sluchayakh, kogda metod trebuet v kachestve iskhodnikh dannikh takie parametri, chislennie znacheniya kotorie otsutstvuyut v spravochnoj literature. Ikh vichislenie po priblizhennim ravenstvam vnosit dopolnitel'nie suschestvennie pogreshnosti v okonchatel'nij rezul'tat. Skazannoe otnositsya, naprimer, k metodu opredeleniya prochnosti po energii sublimatsii.

Poetomu, v nekotorikh sluchayakh, chislennie znacheniya raschetnikh parametrov, predstavlennikh v rabote, yavlyayutsya ne raschetnimi, a otsenochnimi. Odnako, nesmotrya na eto, nastoyaschaya rabota imeet prakticheskuyu napravlennost'. V kazhdoj glave chitatel' mozhet najti dlya sebya novuyu informatsiyu.

V glave pervoj rassmatrivayutsya svojstva metallov v tverdom i zhidkom sostoyaniyakh, osnovnie tipi kristallicheskikh reshetok, vichislyayutsya energiya Fermi i shirina dozvolennikh znachenij energij elektronov dlya nekotorikh metallov. Osoboe vnimanie udeleno metodam vichisleniya radiusov atomov. Sredi nikh metod, pozvolivshij s naimen'shej pogreshnost'yu opredelit' radiusi atomov metallov sed'mogo perioda tablitsi D.I.Mendeleeva.

V glave vtoroj perechislyayutsya osnovnie vidi vozdejstvij na metalli, v rezul'tate kotorikh izmenyaetsya prochnost'. Sredi nikh visokie i nizkie temperaturi, vsestoronnee (gidravlicheskoe) davlenie, povishenie stepeni ochistki ot primesej (chistota metallov), stepen' sovershenstva stroeniya metalla, povishennie skorosti deformatsii, vid i period radioaktivnosti, izmenenie makroskopicheskikh svojstv metallov pri perekhode k malim kolichestvam (jokto i zeptokilogrammam  10-21: 10-24 kg) ili MMK.

V glave tret'ej kratko rassmatrivayutsya izvestnie sposobi teoreticheskikh otsenok prochnosti metallov, kotorie vstrechayutsya v nauchnoj literature. Nekotorie iz nikh opisivayutsya v samikh obschikh chertakh.

V glave chetvertoj privedeni novie metodi opredeleniya tekhnicheskoj prochnosti metallov: teplovoj, deformatsionnij, teplomekhanicheskij. V prilozhenii 8 opisan metod opredeleniya prochnosti po teplote ispareniya.

V glave pyatoj opisivayutsya prochnostnie svojstva zhidkikh metallov. Rassmatrivayutsya teplovoj sposob opredeleniya prochnosti zhidkikh metallov i sposob razriva dvukh smachivaemikh plastin. Vichislyaetsya udel'naya prochnost' zhidkikh metallov.

V glave shestoj opredelyayutsya nekotorie parametri minimal'nikh monokristallov (MMK) metallov. Vichislyayutsya ikh massi, geometricheskie razmeri, teplota nagreva do temperaturi plavleniya i teplota plavleniya, proizvoditsya otsenka prochnostnikh svojstv.

V glave sed'moj obsuzhdayutsya mekhanicheskie svojstva izolirovannikh atomov metallov. Stroitsya mekhanicheskaya model' atoma. Dlya vneshnej elektronnoj obolochki atomov opredelyayutsya prochnost' na szhatie, szhimaemost' i modul' ob'emnoj uprugosti. Rassmatrivaetsya metod opredeleniya predel'noj prochnosti atomov metallov na szhatie.

V glave vos'moj po poluchennim rezul'tatam stroitsya shkala prochnostej dlya takikh material'nikh ob'ektov kak izolirovannij atom metalla, metall, MMK metalla.

Kniga snabzhena prilozheniyami.

Odni yavlyayutsya napominaniem togo materiala, chto chitatelyu kogda-to soobschali v spetskursakh pri obuchenii v VUZe (Prilozhenie 1), drugie igrayut rol' spravochnogo materiala (Prilozheniya 2 i 3), tret'i opisivayut podrobno tot fizicheskij protsess, kotorij v osnovnom tekste tol'ko upomyanut (prilozhenie 5), nekotorie rasshiryayut material osnovnogo teksta (Prilozheniya 8 i 9). Vse oni suschestvenno dopolnyayut informatsiyu, soobschaemuyu v osnovnom tekste.

V prilozhenii 9 privedeno eksperimental'noe opredelenie minimal'noj prochnosti zhidkogo splava olovo-svinets na rastyazhenie Ro.

Avtor virazhaet blagodarnost' zav. kafedroj obschej fiziki tekhnologicheskogo instituta Vostochnoukrainskogo universiteta imeni V.Dalya k.t.n. dotsentu Ivanovu A.N. za razreshenie postavit' eksperiment i assistentu kafedri Kholodnyaku V.N. za okazanie prakticheskoj pomoschi.

Pri napisanii raboti ispol'zovalas' spravochnaya literatura. Nazovem nekotorie naibolee chasto ispol'zovannie izdaniya. Eto, v pervuyu ochered', spravochnik v dvukh knigakh pod obschej redaktsiej professora, doktora tekhnicheskikh nauk M.E.Dritsa [6], spravochnik Zinov'eva V.E. [5], spravochnik pod redaktsiej akademika I.K.Kikoina [9], spravochnik pod redaktsiej I.S.Grigor'eva, E.Z.Mejlikhova [10], spravochnik Bobileva A.V. [13]. Ispol'zovalas' i drugaya nauchnaya i uchebnaya literatura, perechislennaya v kontse nastoyaschej raboti.


About the author
Nikolaev Oleg Semenovich
Fizik, okonchil Khar'kovskij gosuniversitet. Prepodaval fiziku v srednej shkole, na podgotovitel'nikh kursakh i v universitete imeni V. Dalya. Dlitel'noe vremya rabotal v dolzhnosti starshego nauchnogo sotrudnika NII upravlyayuschikh vichislitel'nikh mashin. Zanimalsya issledovaniyami fizicheskikh svojstv i rezhimami primeneniya novikh poluprovodnikovikh priborov i integral'nikh skhem v izdeliyakh vichislitel'noj tekhniki. Neskol'ko let prorabotal nachal'nikom laboratorii fiziko-khimicheskikh issledovanij v NPK «TEMP». Organizoval izmereniya elektricheskikh parametrov i issledovanie optimal'nikh rezhimov polyarizatsii p'ezokeramicheskikh elementov razlichnikh tipov. Yavlyaetsya avtorom okolo 30 pechatnikh rabot, sredi nikh 13 monografij, v tom chisle po fizike prochnosti chistikh metallov.