ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Изучение низкотемпературной пластичности и прочности металлов, сплавов и других твердых тел стало в настоящее время важной технической и научной проблемой [15]. Такие масштабы физики и техники низких температур прежде всего обусловлены успехами в развитии криогенной техники, создании круп­ных криогенных систем и проектировании новых, еще более масштабных уста­новок В настоящее время работают высокоэффективные системы криогенной откачки, жидководородные и жидкогелиевые пузырьковые камеры со сверх- проводящими резонаторами Разрабатываются установки для термоядерного синтеза и МГД-генераторы со сверхпроводящими магнитными системами, криогенные линии электропередач и другие устройства.

Эффективность практической реализации каждого из проектов во многом определяется правильным подбором материалов с учетом специфики рабочих условий. Материалы, применяемые в криогенных устройствах, находятся в ус­ловиях низких температур, а в ряде устройств - под воздействием излучения, поэтому важно понимать как влияют эти условия на механические свойства ма­териалов.

Криогенные установки весьма сложны и требуют больших материальных затрат для изготовления и эксплуатации. Из этого следует, что криогенные ус­тановки должны быть предельно надежны и экономичны с точки зрения мате­риаловедения. Обеспечение такой надежности определяет выбор сверхпровод­ника, его тип, а также накладывает жесткие условия на свойства применяемых конструкционных материалов.

Материаловедческие проблемы в современной криогенной технике в такой же степени сложны и многогранны, как и в других отраслях. Например, степень изученности механических свойств материалов, используемых при низких тем­пературах, обстоятельность исследований закономерностей к особенностей низкотемпературной пластичности в ближайшие годы должна стать такой же, как и при других температурных условиях. Таким образом, масштабы приме­нения низких температур обуславливают необходимость решения сложных материаловедческих вопросов, связанных в значительной степени с проблемой низкотемпературных механических свойств.

Для понимания закономерностей изменения механических свойств различ­ных материалов (конструкционных, сверхпроводящих, вспомогательных) с по­нижением температуры чрезвычайно существенными оказываются физические исследования низкотемпературной пластичности и прочности, первоначальный интерес к которым обуславливается чисто научными соображениями, связан­ными с экстремальностью температурных условий. Однако в дальнейшем эти исследования привели к обнаружению ряда неожиданных особенностей, кото­рые необходимо учитывать в современной технике. Наиболее интересными и важными из них в настоящее время являются аномальное снижение предела те­кучести при низких температурах и изменение пластичности при сверхпрово­дящем переходе. Эти, а также ряд других результатов во многом меняют наши представления не только о низкотемпературной пластичности, но и о пластич­ности в целом. Например, изменение пластичности при сверхпроводящем пе­реходе обуславливает изменение в усталости, трении и износе сверхпроводни­ков [15].

Возможности низкотемпературных исследований во многом определяются применяемой оригинальной аппаратурой. Исследования ниже температуры кипения жидкого азота (77, 3 К), обычно считающиеся низкотемпературными, осуществляются с помощью жидкого водорода и жидкого гелия. Использова­ние этих криоагентов, имеющих значительно меньшую, чем жидкий азот, теп­лоту испарения, приводит к принципиальным изменениям конструкции криостатов, техники и методов исследований. Уникальные возможности физиче­ских исследований процессов пластической деформации могут быть реализо­ваны только при наличии широкого спектра низкотемпературных приборов и установок, позволяющих изучать поведение материалов в условиях растяжения и сжатия, упругие и динамические свойства (ударную вязкость, усталость), оп­ределять твердость, коэффициент трения и износ, ползучесть и релаксацию на­пряжений, а также дающих возможность исследовать процессы пластической деформация нестандартными методами.

Возникла также потребность в натурных испытаниях небольших элементов криогенных конструкций и крупных изделий.

Весьма важной для понимания закономерности изменения механических свойств является возможность изучения низкотемпературной пластической де­формации различными, широко применяющимися при других температурах физическими методами исследований. Это также потребовало разработки но­вых конструкций установок и методов исследования, таких как [15]:

1. Исследование динамического деформирования твердых тел при низкой температуре:

a) метод определения ударной вязкости при низкой температуре; б) метод высокоскоростного деформирования;

в) метод изучения низкотемпературной усталости;

г) метод изучения трения при низкой температуре.

2. Низкотемпературные структурные исследования пластической деформа­ ции;

a) оптические методы исследования пластической деформации при низкой температуре;

б)    техника электронографических исследований при низкой темпера­туре;

в)    электронно-микроскопические методы исследования при низкой температуре;

г)    рентгенографические методы исследования пластической деформа­ции при низкой температуре;

3. Особенности изучения пластичности и прочности при низкой темпера­туре:

а) измерение деформации образца при низкой температуре;

б) получение и поддержание промежуточных температур в условиях значительного тепловыделения;

в) конструктивные модификации низкотемпературных установок, по­зволяющих повысить эффективность исследований.

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: