Исследование механических свойств материалов при низких температурах.

Для определения механических свойств при низких температурах используют те же стандартные методы , что и для исследований их при комнатной или повышенной температуре .

Главным узлом всякой установки для испытаний при низких температурах является ванна (криостат) , обеспечивающая необходимые условия. При испытаниях до температуры -77К ( -196С - температура жидкого азота ) применяются двухстенные ванны из красной меди , латуни или нержавеющей стали с войлочной изоляцией . При температурах ниже
-77К криостат состоит в большинстве случаев из двух вставленных друг в друга стеклянных или металлических сосудов Дьюара , пространство между которыми заполнено жидким азотом .

Температура до 153К измеряется термометрами (спиртовыми , толуоловыми , пентановыми ) , ниже 153К - термопарами ( пластиновыми , медь-константовыми ) . Иногда температура помещённого в охлаждающую среду образца определяется по прекращению кипения зеркала жидкости , при этом считается , что он принял температуру хладагента .

| Хладагент| Охлаждающая смесь| |ратура |
| | |Темпе | |
| | | (С| (К |
|Твёрдая |Размельчённый сухой лёд со |-40 ( |233 ( 203 |
|углекислота |спиртом или |-70 | |
|(сухой лёд ) |ацетоном | | |
| Жидкий азот |Жидкий азот со спиртом или | | 173 |
| |бензином |-100 | |
| |Жидкий азот с петролеумным | - | 153 |
| |эфиром |120 | |
| |Жидкий азот с изолентаном | | 113 |
| | |-160 | |
|Жидкий кислород|------- | | 90 |
| | |-183 | |
|Жидкий азот |------- | | 77 |
| | |-196 | |
|Жидкий неон |------- | | 27 |
| | |-246 | |
|Жидкий водород |------- | | 20|
| | |-253 | |
|Жидкий гелий |------- | | 4 |
| | |-269 | |
|Жидкий гелий |------- | | 1,6|
|( с откачкой ) | |-271,5 | |
|Гелий-3 ( с |------- | | |
|откачкой ) | |-272,8 |0,3 |

Определение склонности сплавов к коррозионному растрескиванию при постоянных нагрузках .

При одновременном действии статических растягивающих напряжений ( внешних или внутренних ) и коррозионной среды многие сплавы подвержены коррозионному растрескиванию .

Характерными особенностями коррозионного растрескивания являются
:
1. хрупкий характер разрушения .
2. направление трещин перпендикулярно растягивающим напряжениям ; при этом трещины имеют межкристаллитный или транскристаллитный , или , наконец , смешанный характер.
3. зависимость времени до растягивания от величины растягивающих напряжений : с уменьшением растягивающих напряжений время до растрескивания увеличивается.

Коррозионному растрескиванию подвержены алюминиевые сплавы типа дуралюмина , сплавы систем Al-Mg , Al-Mg-Zn , Al-Mg-Cu , мягкие стали , коррозионные стали , медные сплавы , высокопрочные низколегированные стали , магниевые сплавы и др.

Большинство исследователей считают , что процесс коррозионного растрескивания имеет электрохимическую природу . Образование трещин при коррозии под напряжением сплавов связывается с возникновением гальванического элемента “концентратор напряжений (анод) - остальная поверхность (катод)” , с ускорением процесса распада пересыщенных твёрдых растворов , в результате чего возникают местные гальванические элементы и коррозионные трещины развиваются вследствие растворения вновь образующихся анодных участков , с механическим разрушением плёнок
, избирательной коррозией пересыщенных твёрдых растворов , изменением внутренней энергии , абсорбции поверхностно-активных анионов и катионов среды и др.

Изучение кинетики развития трещины при коррозии под напряжением высокопрочных сталей методом электросопротивления показало , что процесс развития трещин складывается из трёх этапов . На первом этапе образуется коррозионная трещина . На втором этапе происходит скачкообразное развитие трещины , что свидетельствует о значительной роли механического фактора . Переход от первого этапа ко второму сопровождается значительным увеличением скорости развития трещины . На третьем этапе происходит лавинообразное развитие трещины .

При определении склонности сплавов к коррозионному растрескиванию растягивающие напряжения в образцах создаются двумя способами :
1. путём приложения постоянной нагрузки .
2. путём сообщения образцу постоянной деформации ( изгиб ) .

Полная характеристика склонности сплава к коррозионному растрескиванию может быть получена путём снятия кривых коррозионного растрескивания от величины растягивающих напряжений .

(, кг/мм(2) Рис. 1 Кривая коррозионного растрескивания стали 30ХГСНА в камере с распылённым

150 3 % NaCl .

100

50

0 25 50 75 ( , сутки

Образование коррозионных трещин связано с неравномерным увеличением скорости коррозии сплава при приложении растягивающих напряжений . Если v1- cкорость коррозии в месте концентрации напряжений
, v2 - скорость коррозии на остальной поверхности сплава , то образование коррозионной трещины будет происходить при напряжениях , когда v1 ( v2 . Чем больше разность скоростей коррозии v1 - v2 , тем больше склонность сплава к коррозионному растрескиванию . Эти положения лежат в основе уравнения кривой коррозионного растрескивания .

(1) ((-(кр ) ( = К , где
( - извне приложенное растягивающее напряжение ;
(кр - критическое напряжение , ниже которого не происходит коррозионного растрескивания ;
(- время до растрескивания ;
К - константа , характеризующая меру увеличения скорости распространения коррозионной трещины (1/() при увеличении растягивающих напряжений . Чем больше К , тем в меньшей степени увеличивается скорость распространения трещины при увеличении растягивающих напряжений .

При извне приложенных напряжениях , равных или меньше (кр , коррозионного растрескивания не происходит . Величина (кр является основной количественной характеристикой сопротивления сплава коррозионному растрескиванию , чем выше (кр , тем выше сопротивление сплава коррозионному растрескиванию . Уравнению (1) удовлетворяют экспериментальные данные по коррозионному растрескиванию низколегированных высокопрочных конструкционных сталей в кислых , нейтральных и щелочных растворах и во влажной среде ; латуни в растворе аммиака ; низколегированных мягких сталей в растворе азотнокислого аммония , щелочи ; алюминиевого сплава В96 в 3 % растворе NaCl ; магниевого сплава МА2-1 в атмосферных условиях и МА3 в растворе NaCl +
K2Cr2O7 ; ряда коррозионностойких сталей в 3 % растворе NaOH + 0,15%
NaCl при повышенной температуре .

На рисунке (2) приведена кривая коррозионного растрескивания ( - латуни в растворе аммиака ( плотность 0,94 ) при полном погружении :

(, кг/мм(2) Обращает на себя внимание тот факт , что для латуни в растворе аммиака 8 критическое напряжение меньше нуля

( -23,1 Мн/м(2) или 2,31 кг/мм(2) ) . Это 6 указывает на возможность её коррозионного растрескивания в 4 отсутствии извне приложенных

2 напряжений ( за счёт внутренних напряжений ) .