Область существования процесса старения

Любой процесс старения возникает и развивается лишь при определенных внешних условиях. Для оценки возможных видов повреждения материалов деталей машин необходимо установить область существования процесса старения и в первую очередь условия его возникновения. Для возникновения процесса обычно должен быть превзойден определенный уровень нагрузок, скоростей, температур или других параметров, определяющих его протекание.

Критическое напряжение, при котором происходит переход развития трещины в неустойчивое состояние, равно

(10)

где Е – модуль упругости, l ­ – длина трещины, идущей под прямым углом к направлению напряжения σ; W_Н –энергия поверхностного слоя трещины; W_П - работа пластической деформации.

Для процессов, развитие которых происходит монотонно, необходимо определить область их существования и экстремальные значения внешних условий, при которых сохраняется данный механизм процесса. Например, при износе поверхностей в зависимости от смазки и скорости относительного скольжения, а также от давления, состава окружающей среды и других факторов будут возникать различные виды износа.

На рисунке 2 представлена принципиальная схема изменения вида износа металлов и сплавов в зависимости от скорости относительного скольжения v.

Закономерность, описывающая изменения интенсивности изнашивания (отношение величины износа к пути трения), имеет три участка, которые соответствуют различным механизмам процесса изнашивания.

Рисунок 2 - Схема изменения характера процесса изнашивания в зависимости от скорости относительного скольжения

Участок II, при котором интенсивность изнашивания при данных условиях не изменяется и имеет минимальное значение, соответствует допустимой форме износа, когда деформирование контактирующих поверхностей и их разрушение в микрообъемах сопровождается окислительными процессами. При правильно выбранных условиях его интенсивность может быть весьма незначительной.

Как при малых скоростях скольжения (участок I), так и при больших (участок III) при сухом трении возникают недопустимые виды износа с высокой интенсивностью процесса и существенным изменением качества поверхностного слоя.

Это связано с процессами схватывания, когда при малых скоростях скольжения облегчается взаимодействие кристаллических решеток, а при больших — возникают тепловые явления, интенсифицирующие процессы взаимной диффузии металлов и их термическое схватывание. Поверхность скольжения при схватывании приобретает недопустимый вид повреждения.

Таким образом, имеются критические значения внешних условий, в данном случае V_кр1 и V_кр2, которые характеризуют возникновение процесса определенного вида.

На выходные параметры изделия оказывают влияние все действующие процессы старения, характеризующиеся следующими основными видами их взаимодействия.

1 Одновременно протекающие процессы не оказывают взаимного влияния и вызывают изменение выходных параметров независимо друг от друга.

2 Одновременно протекающие процессы не оказывают взаимного влияния но их действие на выходной параметр суммируется. Например, температурная и силовая деформации системы складываются, если процессы не сопровождаются необратимыми явлениями (например, пластической деформацией).

3 Одновременно протекающие процессы взаимодействуют и образуют новый более сложный процесс (наиболее характерный случай).

Типичным примером могут служить процессы коррозионно-усталостного разрушения металлов и сплавов, когда результат не является простым сложением коррозии и механического разрушения, а представляет собой более сложный физико-химический процесс, интенсивность которого выше суммы интенсивности при действии каждого фактора в отдельности.

Однако для многих процессов старения характерно именно одновременное действие деформационных, тепловых, химических и других процессов, приводящих к возникновению сложной физико-химической картины изменения начальных свойств и состояния материалов.