Микронапряжения

Ми́кронапряже́ния — внутренние напряжения в кристаллах, существующие в отсутствие внешних сил и локализованные в объёмах, малых по сравнению с объёмами всего кристалла.

Физические основы

Причинами возникновения микронапряжений в кристаллах являются несовершенства в их кристаллических структурах, такие как точечные дефекты, локализованные скопления точечных дефектов, дислокации, и др.

Согласно теории упругости, микронапряжения от дислокаций убывают обратно пропорционально расстоянию от центра дислокации к её периферии, от линейной цепочки точечных дефектов — обратно пропорционально квадрату расстояния, а если локализация точечных дефектов может быть аппроксимирована сферой — обратно пропорционально третьей степени расстояния от геометрического центра сферы точечных дефектов.

Дислокации в кристаллах могут располагаться таким образом, что создаваемые ими микронапряжения складываются, образуя макронапряжения, а могут компенсировать друг друга и быть источниками микронапряжений в кристаллах.

Величины микронапряжений вблизи дефектов могут достигать пределов прочности материалов и служить источниками их разрушения.

Макросвойства материалов зависят от концентрации микронапряжений, определяющих физические свойства материалов, их пластические свойства, реакцию на деформации и пороговые значения разрушения кристаллов и поликристаллических материалов.

Теория микронапряжений используется для объяснений ряда явлений в твёрдых телах, в частности, внутреннего трения, на основе представлений о анизотропных кристаллах с зернистой структурой, в которой присутствуют микронапряжения в зёрнах, значительно превосходящие по величине средние микронапряжения по всему объёму кристаллов, что приводит к появлению микротрещин пластического скольжения из-за внутризёренных неупругих деформаций.

Измерения микронапряжений

Микронапряжения в материалах исследуются различными методами, например, с использованием дифракции Брэгга для измерений микронапряжений в кристаллитах, структурной нейтронографии для нахождения и исследования локальных искажений структуры кристаллов (т. н. метод PDF), анализа длиннопериодных и несоизмеримо модулированных структур, исследованиями с экстремальными внешними воздействиями на образец (высокое давление, электрическое или магнитное поле), анализа микроструктуры кристаллов (уровень микронапряжений, характерные размеры областей когерентного рассеяния и их морфология и др.).

В рентгенографии для исследования микронапряжений применяют методы рентгеновского структурного анализа для выявления числа, размеров и взаимной ориентации кристаллитов в поликристаллических материалах, например, методом Дебая — Шеррера.

Остаточные механические макронапряжения определяют по смещению линий дифракционной картины, а уширение линий свидетельствует о наличии микронапряжений (можно оценить их величину) и дисперсности частиц (в наноматериалах). По уширению линий вычисляют также размеры частиц в матрице материала и плотность дислокаций в нём.

См.также

• Напряжения

Литература

• Смит Мортон К. Основы физики металлов — М. : Государственное научно-техническое издательство литературы по чёрной и цветной металлургии, 1959.
• Новожилов В. В., Кадашевич Ю. И. Микронапряжения в конструкционных материалах — Л. : Машиностроение, 1990.

Ссылки

• Дефектоскопия

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Микронапряжения», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Микронапряжения» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».