Прочность

[strength] — свойство твердых тел сопротивляться разрушению (раздел на части), а также необратимому изменению формы (пластической деформации) под действием внешних нагрузок. В зависимости от материала, вида напряженного состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.) и условий эксплуатации (температура, время и характер нагрузки) для металлов и сплавов используются разные характеристики прочность (предел прочности, временное сопротивление, длительная прочность, предел усталости и др.). Разрушение металлов и сплавов — сложный процесс, зависящий от перечисленных и множества других факторов, поэтому определяемые характеристики прочности — условные величины и не являются исчерпывающими.

Рис. 1. Зависимость взаимодействия двух атомов от расстояния между ними (обозначения — Смотри в тексте)

Прочность металлов и сплавов обусловливается силами взаимодействия между атомами и ионами. Например, сила взаимодействия двух соседних атомов (если пренебречь влиянием окружающих атомов) зависит лишь от расстояния между ними. При равновесном расстоянии r₀ ≈ 10 нм эта сила равна нулю. При меньших расстояниях атомы отталкиваются, а при больших — притягиваются. На критическом расстоянии r_k сила притяжения по абсолютной величине максимальна и равна F_т. Напряжение, соответствующее F_т, называется теоретической прочностью на разрыв σ_т= 0,1E, где Е — модуль Юнга. Но в реальности разрушения наблюдаются при нагрузке Р или напряжении σ = P/S в 10₂-10³ раз меньше атомного. Расхождение теоретической прочности с реальной объясняется неоднородностью структуры материала (границы зерен в поликристаллах, дефекты кристаллического строения, неметаллические включения и др.), из-за которых нагрузка Р распределяется неравномерно по сечению образца. Разрушению всегда предшествует большая или меньшая пластическая деформация (Смотри Разрушение). При создании высокопрочных материалов стремятся в первую очередь повысить сопротивление пластической деформации. В металлах и сплавах это достигается либо за счет снижения плотности дефектов структуры (прочность нитевидных кристаллов, не имеющих подвижных дислокаций, достигает теоретической), либо за счет предельно высокой плотности дислокаций в мелкодисперсной структуре.

Рис.2. Прочность кристаллов в зависимости от плотности искажений решетки