Исходя из экс-
периментов ожидают использования новых эффектов в обычных ус-
ловиях.
2.1.2. Э л е к т р о п л а с т и ч е с к и й
э ф ф е к т в м е т а л л а х
Установлен электропластический эффект в металлах и до-
казана возможность его применения для практических целей. От-
крытие этого эффекта привело к более глубокому пониманию ме-
ханизма пластической деформации, расширило представление о
взаимодействии свободных электронов в металле с носителями
пластической деформации-дислокациями.
Появилась возможность управлять механическими свойства-
ми металлов, в частности, процессом обработки металлов давле-
нием. Например, деформировать вольфрам при температурах не
превышающих 200 гр.С и получить из него прокат с высоким ка-
чеством поверхности. В экспериментах с импульсным током было
найдено, что электрический ток увеличивает пластичность и
уменьшает хрупкость металла. Если создать хорошие условия
теплоотвода от деформируемых образцов и пропускать по ним ток
высокой плотности 10 в4-ой 10 в6-ой а/см./2 то величина эф-
фекта будет будет порядка десятков процентов. Электрический
ток вызывает также увеличение скорости релаксации напряжений
в металле и оказывается удобным технологическим фактором для
снятия внутренних напряжений в металле. Электропластический
эффект также линейно зависит от плотности тока (вплоть до 10
в5-ой а/см./2 ) и имеет большую величину при импульсном токе,
а при переменном вообще не наблюдается.
Видна связь явления разупрочнения металла при сверхпро-
водящем переходе с электропластическим эффектом. В этом и
другом случае происходит разупрочнение металла. Однако, если
в первом случае в основе явления лежит уменьшение сопротивле-
ния движению и взаимодействию дислокаций при устранении из
металла газа свободных электронов,во втором случае причиной
облегчения деформации является участие самого электронного
газа в пластической деформации металла. Электронный газ из
пассивной и тормозящей среды превращается в среду, имеющую
направленный дреф и поэтому ускоряющую движение и взаимодейс-
твие дислокацийе (или снижающую обычное электронное торможе-
ние дислокаций) Этот эффект уже находит свое применение на
практике:
А. .. : "Способ снижения прочности металлов, напри-
мер,при пластической деформации при котором через заготовку
пропускают электрический ток отличающийся тем, что с целью
снижения прочности металла при сохранении его низкой темпера-
туры, к заготовке прикладывают импульсы тока плотностью преи-
мущественно 10 а/см./2, с частотой подачи 20-25Гц.
2.1.3. Ф о т о п л а с т и ч е с к и й э ф ф е к т .
Естественно ожидать изменение пластических свойств и
при других воздействиях на электронную структуру образца.
Например, воздействие светового излучения на кристалы полуп-
роводника вызывает в них перераспределение электрических за-
рядов. Не будет ли свет влиять на пластические свойства по-
лупроводников? Советские ученые Осиньян и Савченко на этот
вопрос отвечают утвердительно. Их открытие зарегистрировано
под номером 93 в такой формулировке:
"Установлено ранее неизвестное явление,заключающееся в
изменении сопротивления пластической деформации кристаллов
полупроводников под действием света, причем максимальное из-
менение происходит при длинных волн, соответствующих краю
собственного поглащения кристаллов".
В их опытах образцы полупроводников сжимались и растя-
гивались до наступления пластической деформации. Затем обра-
зец освещался светом. Вызванное им перераспределение носите-
лей заряда оказывало тормозящее действие на дислокации
носителей пластической деформации и тотчас прочность образца
увеличивалась почти вдвое. Стоило выключить свет, как проч-
ность уменьшалась и вскоре достигала своего первоначального
значения.
Дальнейшие исследования привели к наблюдению еще одного
интересного явления - и н ф р а к р а с н о г о гашения фо-
топластического эффекта.
Эффект фотопластичности предполагается использовать для
разработки нового типа элементов автоматики, новой тех-
нологии полупроводнико,для создания качественно новых
приемников видимого светового и инфракрасного излуче-
ния.
2.1.4. Э ф ф е к т Б а у ш и н г е р а .
При упругих деформациях перемена знака внешнего усилия
вызывает только изменение знака деформации,без изменения ее
абсолютной величины. Если же под влиянием внешних усилий в
металле возникают дислокации,т.е. наступает режим пластичес-
кой деформации то упругие свойства металла изменяются и начи-
нает сказываться влияние знака первоначальной деформации. Ес-
ли металл подвергнуть слабой пластической деформации
нагрузкой одного знака,то при перемене знака нагрузки обнару-
живается понижение сопротивления начальным пластическим де-
формациям (эффект Баушингера). Возникшие при первичной дефор-
мации дислокации обуславливают появление в металле остаточных
напряжений, которые складываясь с рабочими напряжениями при
перемене знака нагрузки,вызывают снижение предела пропорцио-
нальности,упругости и текущести материала. С увеличением на-
чальных пластических деформаций величина снижения механичес-
ких характеристик увеличивается. Эффект Баушингера явно
проявляется при незначительном начальном наклепе.Низкий от-
пуск наклепанных материалов ликвидирует все проявления эффек-
та Баушингера. Эффект значительно ослабляется при многократ-
ных циклических нагружениях материала с наличием малых
пластических деформаций разного знака
2.1.5. Э ф ф е к т П о й н т и н г а .
Пойнтингом было установлено,что при закручивании сталь-
ных и медных проволок они не только закручиваются, но также
упруго удлиняются и увеличиваются в объеме. Удлинение прово-
локи примерно пропорционально квадрату угла закручивания: при
заданном значении угла удлинение пропорционально квадрату ра-
диуса. Диаметр проволоки при закручивании уменьшается, вели-
чина радиального сжатия при этом пропорциональна квадрату уг-
ла закручивания. Эффект был открыт давно, и еще Пойнтингом
было доказано,что удлинение при закручивании не связано с из-
менениями модуля ЮНГА -это позволяет предполагать,что свойс-
тва материала остаются без изменений.
Эффект Пойтинга нашел применение в машиностроении.
Пример тому А.с.546456: Способ демонтажа прессовых сое-
динений деталей типа вал-втулка путем воздействия на
охватываемую деталь усилием выпрессовки, отличающийся
тем, что с целью снижения усилия выпресовки, например,
подшипников качения с вала, перед выпрессовкой,охваты-
ваемую деталь,например,вал, скручивают.
Малая величина эффекта позволяет указать на возможность
его применения в некоторых областях измерительной техники.
Калиброванные изменения радиуса- это переменный калибр толщи-
ны: радиальное сжатие с одновременным удлинением -это измене-
ние (хотя и малое,но надежно калибрированное) электросопро-
тивления проволоки и т. д.
2.2 Передача энергии при ударах. Эффект Александрова.
Коэффициент передачи энергии от ударяющего тела к уда-
ряющему зависит от отношения их масс-чем больше это отноше-
ние,тем больше передаваемая энергия. Поэтому в машинах удар-
ного действия всегда старались учесть это соотношение, по
крайней мере,до 1954 года,когда Е.В.Александровым было уста-
новлено, что с ростом соотношения масс коэффициент передачи
растет лишь до определенного критического значения,определяе-
мого свойствами и конфигурацией соударяющихся тел (удар упру-
гий) При увеличении отношения масс соударяющихся тел сверх
критического коэффициента передачи энергии определяется не
реальным соотношением масс а критическим значением этого от-
ношения.
Соответственно,коэффициент востановления определяется
формой и массой соударяющихся тел и степенью рассеяния энер-
гии. Очевидно,этот эффект обязательно должен учитываться при
проектировании машин ударного действия. Наглядная иллюстрация
к тому:
А.с.. 203557 Механизм для воздействия на твердое тело
ударной нагрузкой,содержит два или более соударяющихся
элементов,причем один из них является рабочим, непос-
редственно воздействующим на твердое тело, отличающийся
тем,что в нем предусмотрено средство для создания перед
каждым соударением элементов дополнительного зазора в
системе "соударяющиеся элементы-твердое тело" и один
или несколько из соударяющихся элементов, за исключени-
ем рабочего, выполнены из материала с меньшим модулем
упругости, чем материал элемента.
На основе открытия Александрова создан так называемый
механический полупроводник,в котором передача энергии практи-
чески осуществляется только в одном направлении, независимо
от жесткости опоры. На этой основе уже создан новый отбойный
молоток,который в два раза легче серийного и обладает большой
производительностью.Теоретически доказана возможность и целе-
сообразность бурения на глубинах до 100 м без погружения бу-
рильной машины в скважину.
А.с..447496: Наддолотный утяжелитель,состоящий из несо-
единенных между собой свободно установленных на буриль-
ной колонне грузовых трубчатых элементов, отличающихся
тем,что с целью усиления ударных нагрузок на доло-
то,каждый вышележащий грузовой трубчатый элемент имеет
большую массу по сравнению с нижележащими.
2.3. Эффект радиационного распухания металла.
Как бы не пытались исправить деформированную деталь,
она все равно вспомнит свойдефект,частично востановит прежнюю
покоробленность.Виной тому внутреннее напряжение в материа-
лах. Они существуют всегда.Отжиг ликвидирует их в металлах,
но при остывании, которое идет не равномерно,внутренние нап-
ряжения хотя и ослабленные,появляются вновь.С помощью холод-
ной правки идеально выгладить стальное изделие невозможно.
Здесь на помощь может прийти радиоактивное излучение.
При облучении нейтроны врываются в недра металла и,
сталкиваясь с ядрами ионов (или атомов) выбивают их из узлов
кристалической решотки.Те,в свою очередь,ударяясь о другие
ионы, либо остаются на месте,либо оставляют эти места свобод-
ными. Большая же часть ионов внедряется в междоузлия.Обраба-
тываемая часть изделия при этом увеличивает свой объем.
Так вот, если изогнутую деталь подвергнуть радиоактив-
ному облучению с выгнутой стороны, то внедрившиеся частицы,
расталкивая ионы и атомы кристаллической решотки, начнут раз-
гибать деталь. Изменения кривизны можно контролировать обыч-
ным измерительным прибором,следить за ней постоянно во время
правки и закончить процесс точно на "нуле". Причем править
можно в сборе, на готовой машине.
Действие радиации легко расчитать. Известно,что макси-
мальное изменение объема стали при нейтронном облучении сос-
тавляет 0,3% . Например,если подвергнуть облучению только
средний участок стальной детали длиной 1000мм и высотой 50мм
,то устраняется прогиб в 2,5мм.
Не металические и композиционные материалы при облуче-
нии изменяют свой объем еще сильней.Например,пластмассы - до
24% .
С помощью радиации мы не просто выпрямляем деталь, а
перераспределяем внутренние напряжения до нового равновесного
состояния массой внедрившихся частиц. Поэтому изделие самоп-
роизвольно уже не разогнется. Этот способ защищен авторским
свидетельством . 395147 (см.18.5.1)
2.4. С п л а в ы с п а м я т ь ю .
Некоторые сплавы металлов: титан-никель,золото-кадмий,
медь-алюминий обладают "эффектом памяти". Если из такого
сплава изготовить деталь,а затем ее деформировать,то после
нагрева до определенной температуры деталь востанавливает в
точности свою первоначальную форму. Из всех известных сейчас
науке сплавов "с памятью" наиболее уникальны по спектру
свойств сплавы из титана и никеля: сплавы ТН (за рубежом они
известны под названием нитинол). Сплавы ТН развивают большие
усилия при восстановлении своей формы.
Этим воспользовались в Институте металлургии им.
А.А.Бойкова. После того, как нитинолу дадут "запомнить" слеж-
ную форму, изделие вновь превращается в плоский лист. На его
поверхность наносят обычными приемами - с помощью проката,
напыления, сварки взрывом или как-либо иначе слой любого дру-
гого металла или сплава.
Такой металлический слоеный пирог после нагревания
вновь превращается в деталь сложной конфигурации. Таким спо-
собом можно, в принципе создавать многослойные изделия любой
формы, которые обычными приемами сделать никак нельзя. ТН
сплавы легко обрабатываются, из них изготавливают всевозмож-
ные изделия: листки, прутки, поковки. Кроме того, эти сплавы
сравнительно экономичны, коррозионностойки, хорошо гасят виб-
рации. Из нитинола американцы сделали антенны для спутников.
В момент запуска антенна свернута, занимает очень мало места.
В космосе же нагретая солнечными лучами, она принимает слож-
нейшие формы, приданные ей еще на Земле.
При соединении полых деталей с каркасом заклепки из
сплава ТН существенно упростят дело. Вставили заклепку "с па-
мятью", нагрели ее, она "вспомнила", что уже была некогда
расплющена, и приняла свою первоначальную форму. Сплавы "с
памятью" открывают новые возможности в деле непосредственного
преобразования тепловой энергии в механическую. Нагретую
ТН-проволочку свернули в спираль. Охладили, подвесили гирь-
купружинка растянулась. Если теперь через проволочку пропус-
тить электрический ток, пружинка нагреется и восстановит свою
форму - гирька поползет вверх, выключаем ток - гирька вновь
спускается и т.д. По сути дела - это искуственный мускул. На
этом принципе можно делать двигатели нового типа, использую-
щие даровую энергию Солнца.
Перспективы для сплавов "с памятью" самые заманчивые:
тут и тепловая автоматика, быстродействующие датчики, термо-
упругие элементы, реле, приборы контроля, тепловые домкраты,
напряженный железобетон и многое другое.
Л И Т Е Р А Т У Р А
- - - - - - - - - -
К 2.1.1. М.И.Каганов, В.Д.Нацик, Электроны тормозят дислока-
цию "Природа", 1976, н'5, стр.23-24: н'6, стр.131-139.
К 2.1.2. В.И.Спицын, О.А.Троицкий, Электропластическая дефор-
мация металлов, "Природа", 1977.
К 2.1.3. Ю.Осипьян, И.Савченко, "Письма в ЖЭТФ, вып.7, н'4.
К 2.1.4. С.И.Ратнер, Ю.С.Данилов, Изменение пределов пропор-
циональности и текущести при повторном нагружении,
"Заводская лаборатория", 1950, н'4.
Ф.Ходж Теория идеально пластических тел, М.. "ИЛ", 1956
К 2.4. И.И.Карнилов и др., Никелид титана и другие сплавы с
эффектом "памяти", "Наука", 1977.
3.1. Тепловое расширение вещества.
Все вещества (газы, жидкости, твердые тела) имеют атом-
но-молекулярную структуру. Атом, равно как и молекулы, во
всем диапозоне температур находятся в непрерывном хаотическом
движении, причем, чем выше температура обьема вещества, тем
выше скорость перемещения отдельных атомов и молекул внутри
этого обьема (в газах и жидкостях) или их колебания - в крис-
таллических решетках твердых тел. Поэтому с ростом температу-
ры увеличивается среднее расстояние между атомами и молекула-
ми, в результате чего газы, жидкости и твердые тела
расширяются - при условии, что внешнее давление остается пос-
тоянным. Коэффиценты расширения различных газов близки между
собой (около 0,0037 град в степени "-1"; для жидкостей они
могут различаться на порядок (ртуть - 0,00018 град в степени
"-1", глицерин - 0,0005 град в степени "-1", ацетон - 0,0014
град в степени "-1", эфир - 0,007 град в степени "-1"). Вели-
чина теплового расширения твердых тел определяется их строе-
нием. Структуры с плотной упаковкой (алмаз, платина, отдель-
ные металлические сплавы) мало чувствительны к температуре,
рыхлая, неплотная упаковка вещества способствует сильному
расширению твердых тел (аллюминий, полиэтилен).
3.1.1. При температурном расширении или сжатии твердых
тел развиваются огромные силы; это можно использовать в соот-
ветствующих технологических процессах.
Например, это свойство использовано в электрическом
домкрате для растяжения арматуры при изготовлении нап-
ряженного железобетона. Принцип действия очень прост: к
растягиваемой арматуре прикрепляют стержень из металла
с подходящим коэффициентом термического расширения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
периментов ожидают использования новых эффектов в обычных ус-
ловиях.
2.1.2. Э л е к т р о п л а с т и ч е с к и й
э ф ф е к т в м е т а л л а х
Установлен электропластический эффект в металлах и до-
казана возможность его применения для практических целей. От-
крытие этого эффекта привело к более глубокому пониманию ме-
ханизма пластической деформации, расширило представление о
взаимодействии свободных электронов в металле с носителями
пластической деформации-дислокациями.
Появилась возможность управлять механическими свойства-
ми металлов, в частности, процессом обработки металлов давле-
нием. Например, деформировать вольфрам при температурах не
превышающих 200 гр.С и получить из него прокат с высоким ка-
чеством поверхности. В экспериментах с импульсным током было
найдено, что электрический ток увеличивает пластичность и
уменьшает хрупкость металла. Если создать хорошие условия
теплоотвода от деформируемых образцов и пропускать по ним ток
высокой плотности 10 в4-ой 10 в6-ой а/см./2 то величина эф-
фекта будет будет порядка десятков процентов. Электрический
ток вызывает также увеличение скорости релаксации напряжений
в металле и оказывается удобным технологическим фактором для
снятия внутренних напряжений в металле. Электропластический
эффект также линейно зависит от плотности тока (вплоть до 10
в5-ой а/см./2 ) и имеет большую величину при импульсном токе,
а при переменном вообще не наблюдается.
Видна связь явления разупрочнения металла при сверхпро-
водящем переходе с электропластическим эффектом. В этом и
другом случае происходит разупрочнение металла. Однако, если
в первом случае в основе явления лежит уменьшение сопротивле-
ния движению и взаимодействию дислокаций при устранении из
металла газа свободных электронов,во втором случае причиной
облегчения деформации является участие самого электронного
газа в пластической деформации металла. Электронный газ из
пассивной и тормозящей среды превращается в среду, имеющую
направленный дреф и поэтому ускоряющую движение и взаимодейс-
твие дислокацийе (или снижающую обычное электронное торможе-
ние дислокаций) Этот эффект уже находит свое применение на
практике:
А. .. : "Способ снижения прочности металлов, напри-
мер,при пластической деформации при котором через заготовку
пропускают электрический ток отличающийся тем, что с целью
снижения прочности металла при сохранении его низкой темпера-
туры, к заготовке прикладывают импульсы тока плотностью преи-
мущественно 10 а/см./2, с частотой подачи 20-25Гц.
2.1.3. Ф о т о п л а с т и ч е с к и й э ф ф е к т .
Естественно ожидать изменение пластических свойств и
при других воздействиях на электронную структуру образца.
Например, воздействие светового излучения на кристалы полуп-
роводника вызывает в них перераспределение электрических за-
рядов. Не будет ли свет влиять на пластические свойства по-
лупроводников? Советские ученые Осиньян и Савченко на этот
вопрос отвечают утвердительно. Их открытие зарегистрировано
под номером 93 в такой формулировке:
"Установлено ранее неизвестное явление,заключающееся в
изменении сопротивления пластической деформации кристаллов
полупроводников под действием света, причем максимальное из-
менение происходит при длинных волн, соответствующих краю
собственного поглащения кристаллов".
В их опытах образцы полупроводников сжимались и растя-
гивались до наступления пластической деформации. Затем обра-
зец освещался светом. Вызванное им перераспределение носите-
лей заряда оказывало тормозящее действие на дислокации
носителей пластической деформации и тотчас прочность образца
увеличивалась почти вдвое. Стоило выключить свет, как проч-
ность уменьшалась и вскоре достигала своего первоначального
значения.
Дальнейшие исследования привели к наблюдению еще одного
интересного явления - и н ф р а к р а с н о г о гашения фо-
топластического эффекта.
Эффект фотопластичности предполагается использовать для
разработки нового типа элементов автоматики, новой тех-
нологии полупроводнико,для создания качественно новых
приемников видимого светового и инфракрасного излуче-
ния.
2.1.4. Э ф ф е к т Б а у ш и н г е р а .
При упругих деформациях перемена знака внешнего усилия
вызывает только изменение знака деформации,без изменения ее
абсолютной величины. Если же под влиянием внешних усилий в
металле возникают дислокации,т.е. наступает режим пластичес-
кой деформации то упругие свойства металла изменяются и начи-
нает сказываться влияние знака первоначальной деформации. Ес-
ли металл подвергнуть слабой пластической деформации
нагрузкой одного знака,то при перемене знака нагрузки обнару-
живается понижение сопротивления начальным пластическим де-
формациям (эффект Баушингера). Возникшие при первичной дефор-
мации дислокации обуславливают появление в металле остаточных
напряжений, которые складываясь с рабочими напряжениями при
перемене знака нагрузки,вызывают снижение предела пропорцио-
нальности,упругости и текущести материала. С увеличением на-
чальных пластических деформаций величина снижения механичес-
ких характеристик увеличивается. Эффект Баушингера явно
проявляется при незначительном начальном наклепе.Низкий от-
пуск наклепанных материалов ликвидирует все проявления эффек-
та Баушингера. Эффект значительно ослабляется при многократ-
ных циклических нагружениях материала с наличием малых
пластических деформаций разного знака
2.1.5. Э ф ф е к т П о й н т и н г а .
Пойнтингом было установлено,что при закручивании сталь-
ных и медных проволок они не только закручиваются, но также
упруго удлиняются и увеличиваются в объеме. Удлинение прово-
локи примерно пропорционально квадрату угла закручивания: при
заданном значении угла удлинение пропорционально квадрату ра-
диуса. Диаметр проволоки при закручивании уменьшается, вели-
чина радиального сжатия при этом пропорциональна квадрату уг-
ла закручивания. Эффект был открыт давно, и еще Пойнтингом
было доказано,что удлинение при закручивании не связано с из-
менениями модуля ЮНГА -это позволяет предполагать,что свойс-
тва материала остаются без изменений.
Эффект Пойтинга нашел применение в машиностроении.
Пример тому А.с.546456: Способ демонтажа прессовых сое-
динений деталей типа вал-втулка путем воздействия на
охватываемую деталь усилием выпрессовки, отличающийся
тем, что с целью снижения усилия выпресовки, например,
подшипников качения с вала, перед выпрессовкой,охваты-
ваемую деталь,например,вал, скручивают.
Малая величина эффекта позволяет указать на возможность
его применения в некоторых областях измерительной техники.
Калиброванные изменения радиуса- это переменный калибр толщи-
ны: радиальное сжатие с одновременным удлинением -это измене-
ние (хотя и малое,но надежно калибрированное) электросопро-
тивления проволоки и т. д.
2.2 Передача энергии при ударах. Эффект Александрова.
Коэффициент передачи энергии от ударяющего тела к уда-
ряющему зависит от отношения их масс-чем больше это отноше-
ние,тем больше передаваемая энергия. Поэтому в машинах удар-
ного действия всегда старались учесть это соотношение, по
крайней мере,до 1954 года,когда Е.В.Александровым было уста-
новлено, что с ростом соотношения масс коэффициент передачи
растет лишь до определенного критического значения,определяе-
мого свойствами и конфигурацией соударяющихся тел (удар упру-
гий) При увеличении отношения масс соударяющихся тел сверх
критического коэффициента передачи энергии определяется не
реальным соотношением масс а критическим значением этого от-
ношения.
Соответственно,коэффициент востановления определяется
формой и массой соударяющихся тел и степенью рассеяния энер-
гии. Очевидно,этот эффект обязательно должен учитываться при
проектировании машин ударного действия. Наглядная иллюстрация
к тому:
А.с.. 203557 Механизм для воздействия на твердое тело
ударной нагрузкой,содержит два или более соударяющихся
элементов,причем один из них является рабочим, непос-
редственно воздействующим на твердое тело, отличающийся
тем,что в нем предусмотрено средство для создания перед
каждым соударением элементов дополнительного зазора в
системе "соударяющиеся элементы-твердое тело" и один
или несколько из соударяющихся элементов, за исключени-
ем рабочего, выполнены из материала с меньшим модулем
упругости, чем материал элемента.
На основе открытия Александрова создан так называемый
механический полупроводник,в котором передача энергии практи-
чески осуществляется только в одном направлении, независимо
от жесткости опоры. На этой основе уже создан новый отбойный
молоток,который в два раза легче серийного и обладает большой
производительностью.Теоретически доказана возможность и целе-
сообразность бурения на глубинах до 100 м без погружения бу-
рильной машины в скважину.
А.с..447496: Наддолотный утяжелитель,состоящий из несо-
единенных между собой свободно установленных на буриль-
ной колонне грузовых трубчатых элементов, отличающихся
тем,что с целью усиления ударных нагрузок на доло-
то,каждый вышележащий грузовой трубчатый элемент имеет
большую массу по сравнению с нижележащими.
2.3. Эффект радиационного распухания металла.
Как бы не пытались исправить деформированную деталь,
она все равно вспомнит свойдефект,частично востановит прежнюю
покоробленность.Виной тому внутреннее напряжение в материа-
лах. Они существуют всегда.Отжиг ликвидирует их в металлах,
но при остывании, которое идет не равномерно,внутренние нап-
ряжения хотя и ослабленные,появляются вновь.С помощью холод-
ной правки идеально выгладить стальное изделие невозможно.
Здесь на помощь может прийти радиоактивное излучение.
При облучении нейтроны врываются в недра металла и,
сталкиваясь с ядрами ионов (или атомов) выбивают их из узлов
кристалической решотки.Те,в свою очередь,ударяясь о другие
ионы, либо остаются на месте,либо оставляют эти места свобод-
ными. Большая же часть ионов внедряется в междоузлия.Обраба-
тываемая часть изделия при этом увеличивает свой объем.
Так вот, если изогнутую деталь подвергнуть радиоактив-
ному облучению с выгнутой стороны, то внедрившиеся частицы,
расталкивая ионы и атомы кристаллической решотки, начнут раз-
гибать деталь. Изменения кривизны можно контролировать обыч-
ным измерительным прибором,следить за ней постоянно во время
правки и закончить процесс точно на "нуле". Причем править
можно в сборе, на готовой машине.
Действие радиации легко расчитать. Известно,что макси-
мальное изменение объема стали при нейтронном облучении сос-
тавляет 0,3% . Например,если подвергнуть облучению только
средний участок стальной детали длиной 1000мм и высотой 50мм
,то устраняется прогиб в 2,5мм.
Не металические и композиционные материалы при облуче-
нии изменяют свой объем еще сильней.Например,пластмассы - до
24% .
С помощью радиации мы не просто выпрямляем деталь, а
перераспределяем внутренние напряжения до нового равновесного
состояния массой внедрившихся частиц. Поэтому изделие самоп-
роизвольно уже не разогнется. Этот способ защищен авторским
свидетельством . 395147 (см.18.5.1)
2.4. С п л а в ы с п а м я т ь ю .
Некоторые сплавы металлов: титан-никель,золото-кадмий,
медь-алюминий обладают "эффектом памяти". Если из такого
сплава изготовить деталь,а затем ее деформировать,то после
нагрева до определенной температуры деталь востанавливает в
точности свою первоначальную форму. Из всех известных сейчас
науке сплавов "с памятью" наиболее уникальны по спектру
свойств сплавы из титана и никеля: сплавы ТН (за рубежом они
известны под названием нитинол). Сплавы ТН развивают большие
усилия при восстановлении своей формы.
Этим воспользовались в Институте металлургии им.
А.А.Бойкова. После того, как нитинолу дадут "запомнить" слеж-
ную форму, изделие вновь превращается в плоский лист. На его
поверхность наносят обычными приемами - с помощью проката,
напыления, сварки взрывом или как-либо иначе слой любого дру-
гого металла или сплава.
Такой металлический слоеный пирог после нагревания
вновь превращается в деталь сложной конфигурации. Таким спо-
собом можно, в принципе создавать многослойные изделия любой
формы, которые обычными приемами сделать никак нельзя. ТН
сплавы легко обрабатываются, из них изготавливают всевозмож-
ные изделия: листки, прутки, поковки. Кроме того, эти сплавы
сравнительно экономичны, коррозионностойки, хорошо гасят виб-
рации. Из нитинола американцы сделали антенны для спутников.
В момент запуска антенна свернута, занимает очень мало места.
В космосе же нагретая солнечными лучами, она принимает слож-
нейшие формы, приданные ей еще на Земле.
При соединении полых деталей с каркасом заклепки из
сплава ТН существенно упростят дело. Вставили заклепку "с па-
мятью", нагрели ее, она "вспомнила", что уже была некогда
расплющена, и приняла свою первоначальную форму. Сплавы "с
памятью" открывают новые возможности в деле непосредственного
преобразования тепловой энергии в механическую. Нагретую
ТН-проволочку свернули в спираль. Охладили, подвесили гирь-
купружинка растянулась. Если теперь через проволочку пропус-
тить электрический ток, пружинка нагреется и восстановит свою
форму - гирька поползет вверх, выключаем ток - гирька вновь
спускается и т.д. По сути дела - это искуственный мускул. На
этом принципе можно делать двигатели нового типа, использую-
щие даровую энергию Солнца.
Перспективы для сплавов "с памятью" самые заманчивые:
тут и тепловая автоматика, быстродействующие датчики, термо-
упругие элементы, реле, приборы контроля, тепловые домкраты,
напряженный железобетон и многое другое.
Л И Т Е Р А Т У Р А
- - - - - - - - - -
К 2.1.1. М.И.Каганов, В.Д.Нацик, Электроны тормозят дислока-
цию "Природа", 1976, н'5, стр.23-24: н'6, стр.131-139.
К 2.1.2. В.И.Спицын, О.А.Троицкий, Электропластическая дефор-
мация металлов, "Природа", 1977.
К 2.1.3. Ю.Осипьян, И.Савченко, "Письма в ЖЭТФ, вып.7, н'4.
К 2.1.4. С.И.Ратнер, Ю.С.Данилов, Изменение пределов пропор-
циональности и текущести при повторном нагружении,
"Заводская лаборатория", 1950, н'4.
Ф.Ходж Теория идеально пластических тел, М.. "ИЛ", 1956
К 2.4. И.И.Карнилов и др., Никелид титана и другие сплавы с
эффектом "памяти", "Наука", 1977.
3.1. Тепловое расширение вещества.
Все вещества (газы, жидкости, твердые тела) имеют атом-
но-молекулярную структуру. Атом, равно как и молекулы, во
всем диапозоне температур находятся в непрерывном хаотическом
движении, причем, чем выше температура обьема вещества, тем
выше скорость перемещения отдельных атомов и молекул внутри
этого обьема (в газах и жидкостях) или их колебания - в крис-
таллических решетках твердых тел. Поэтому с ростом температу-
ры увеличивается среднее расстояние между атомами и молекула-
ми, в результате чего газы, жидкости и твердые тела
расширяются - при условии, что внешнее давление остается пос-
тоянным. Коэффиценты расширения различных газов близки между
собой (около 0,0037 град в степени "-1"; для жидкостей они
могут различаться на порядок (ртуть - 0,00018 град в степени
"-1", глицерин - 0,0005 град в степени "-1", ацетон - 0,0014
град в степени "-1", эфир - 0,007 град в степени "-1"). Вели-
чина теплового расширения твердых тел определяется их строе-
нием. Структуры с плотной упаковкой (алмаз, платина, отдель-
ные металлические сплавы) мало чувствительны к температуре,
рыхлая, неплотная упаковка вещества способствует сильному
расширению твердых тел (аллюминий, полиэтилен).
3.1.1. При температурном расширении или сжатии твердых
тел развиваются огромные силы; это можно использовать в соот-
ветствующих технологических процессах.
Например, это свойство использовано в электрическом
домкрате для растяжения арматуры при изготовлении нап-
ряженного железобетона. Принцип действия очень прост: к
растягиваемой арматуре прикрепляют стержень из металла
с подходящим коэффициентом термического расширения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29