Как известно, тонкие нити, проволочки, усы толщиною в несколь ко микрон имеют прочность примерно на один-три порядка величины больше, по сравнению с массивными поликристаллическими образцами. Это - масштабный фактор прочности. Поверхностные искажения дальнодействующего поля Fст приводят, согласно предлагаемой модели, к упрочнению околоповерхностных слоёв каждого образца на глубину b L 10 мкм примерно в (101 -103) раз. Тонкие нити или усы почти полностью состоят из таких упрочнённых околоповерхностных слоёв. Рассмотрим тонкую нить или ус, например, цинка; мысленно перенесем его внутрь массивного образца цинка. Если произойдёт полное соединение металла нити и среды, то её поверхность полностью исчезнет и упрочнение околоповерхностных слоёв будет полностью снято; прочность нити уменьшится, например, в 100 раз. Если между нитью и средой сохранится поверхность типа межзёренной, то исходное упрочнение нити многократно уменьшится, но сохранится его часть, соответствующая упрочнению мелкозернистой структуры. Если рассматриваемую нить поместить в объём другого металла, например , олова или ртути, то сохранится часть исходного упрочнения, соответствующая дисперсионному упрочнению включениями другой фазы или межфазными поверхностями раздела. Так как эти поверхности упрочняют материал значительно слабее, чем границы металл-газ, то в результате перенесения нити в объём другого металла (особенно химически близкого) также произойдёт многократное уменьшение её прочности. Мы получили, очевидно, объяснение эффекта Ребиндера: нить цинка многократно уменьшает прочность, если её поместить в ртуть или какой-то её участок смочить ртутью. В этом плане эффект Ребиндера - это снятие упрочнения поверхностями металл - газ, снятие масштабного фактора прочности при перенесении образца в жидкость, особенно в химически близкую среду, или же в результате смачивания этой жидкостью. Отметим, что снятие 100 - кратного упрочнения в слое толщиной 10 мкм даёт такое же уменьшение прочности, как удаление слоя объёмного (не поверхностного) материала толщиной 10*100=1000 мкм = 1 мм. Если на пластинку алюминия или цинка посадить капельку ртути, то это эквивалентно появлению трещины глубиной 1 мм или выточки на глубину 1 мм на участке, занятом каплей. Нанесение капельки или смачивающей полоски эквивалентно значительному местному ослаблению материала. Эффект Ребиндера часто демонстрируют на пластинках алюминиевого сплава толщиной ~2 мм; пластинка сгибается без разрушения, но при нанесении капельки ртути наступает хрупкий излом [175]. Трещина или выточка глубиной 1 мм в зоне сгиба на пластинке толщиной 2 мм дали бы, очевидно, примерно такой же результат. На более толстых пластинках эффект часто незаметен. Другой объект, на котором ярко проявляется эффект, - цинковые цилиндрики диаметром 1 мм; они многократно растягиваются при чистой поверхности, но хрупко разрушаются почти без удлинения, если нанести капельку ртути. Если внешние слои цилиндрика толщиной 10 мкм 100-кратно упрочнены, то на них приходится 80% общей прочности образца; смачивание и снятие этого упрочнения эквивалентно местному ослаблению образца в смоченной области примерно в 5 раз. Хрупкое разрушение в этом случае вполне понятно. Для значительного изменения поля Fст около поверхности при потенциале (2.1) требуется не адсорбционный монослой, а, как минимум, более толстая микронная плёнка. Эффект Ребиндера отражает, видимо, понижение прочности толстыми (b 1 мкм) пленками смачивающей жидкости, но не адсорбционными монослоями. Возможно понижение прочности не только под действием пленки жидкости, но и под действием твердого покрытия. Известно, например, что сталь может разрушаться небольшими усилиями, и даже самопроизвольно, в точках припекания к ней мягкого свинца [118]. Можно ожидать большое понижение прочности металла при смачивании собственным расплавом, в который добавлены примеси, понижающие температуру плавления. Интересно было бы рассмотреть с этих позиций весь богатый материал, накопленный по эффекту Ребиндера. Сейчас распространённое истолкование этого эффекта состоит в том, что смачивающая деформируемый металл жидкость затекает в зародышевые поверхностные трещины и способствует их распространению, понижая поверхностное натяжение металла и создавая расклинивающее давление. Ряд авторов выполнили компьютерные эксперименты по моделированию таких процессов; в главе 2 приведены аналогичные наши компьютерные эксперименты. Результаты моделирования фактически явно опровергают замысел: вместо хрупкого разрушения получается глубокое растяжение, нередко превышающее удлинение самых пластичных металлов; вместо механических свойств хрупкого твёрдого тела получается вязкость (=/) простой жидкости; вместо увеличения хрупкости смачивающая жидкость скорее увеличивает удлинение деформируемого металла и др. Такие результаты могут восприниматься как подтверждение эффекта Ребиндера, видимо, лишь в условиях "упрямой и бескомпромиссной", глубокой общей веры в то, что все наблюдаемые процессы соответствуют традиционной молекулярной модели вещества. Чтобы действительно получить подобные явления в модели, необходимы дальнодействия с радиусом порядка коллоидного параметра.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ЭФФЕКТ РЕБИНДЕРА» з дисципліни «Про кризу кінетичної теорії рідини і затвердіння»
