Г лава 3

вения коррозионного разрушения в металл (в мм) за единицу времени (1 год):

77=(8,76.у)Г,

где: у — плотность металла;

К — массовый показатель коррозии.

3.9. Воздействие биологических факторов

Большое воздействие на конструкционные материалы оказывают биоло­гические факторы. Наиболее опасными являются плесневые грибы, споры которых находятся в воздухе. Грибковые образования относятся к низшим растениям, не обладающим свойством фотосинтеза. Взаимодействуя с мате­риалами, грибковые образования выделяют продукты обмена веществ, со­стоящие главным образом из различного вида кислот, вызывающих разло­жение изоляционных материалов и пластмасс.

Под действием плесневых грибов ухудшается механическая прочность материалов и изделий. В электронных приборах под действием плесневых грибов нарушаются электрические соединения, и ускоряется коррозия кон­тактов.

Следует отметить большую скорость распространения плесени и огром­ную (до 40 000) разновидность плесневых грибков. Для ее образования не­обходимы питательная среда, тепло и малая вентиляция (ее отсутствие) воз­духа. Особенно благоприятные условия для образования плесени возникают при функционировании систем в районах с повышенной влажностью и тем­пературой (тропики, субтропики, районы южных морей и крупных озер). Особенно подвержены действию грибковой плесени пластмассы на целлю­лозной основе. Плесень появляется и на неорганических изоляционных ма­териалах, стекле и металле.

Защита от грибковой плесени заключается в создании конструкций, препятствующих проникновению влаги; в обеспечении хорошей вентиля­ции и покрытии уязвимых элементов специальными защитными лаками.

3.10. Старение материалов

Анализ физических процессов, происходящих в материалах элементов систем, показывает, что их состояние и надежность полностью определяют­ся свойствами материалов, комплексным характером внешних воздействий и факторов нагрузки.

Для основных материалов имеются зависимости протекания физико-хи­мических процессов, вызывающих старение и изменение механических, электрических и магнитных свойств материалов, от характера и количест­венных показателей воздействующих факторов.

109

Г ЛАВА 3

Старение материалов обусловлено в основном рекристаллизацией мате­риалов, диффузией, хемосорбцией, химическими реакциями, коррозион­ными процессами и увлажнением, вызывающих изменение начальных свойств материалов, из которых изготовлены элементы. Эти изменения мо­гут привести к повреждению элемента и к опасности возникновения крити­ческого отказа системы.

Старение материалов вызывает снижение значений их характеристик во времени. Характер этого снижения определяется начальными свойства­ ми, напряженным состоянием материала, интенсивностью воздействия X внешних факторов. Во всех случаях

Х₀ ^^——— старение материалов представляет

с обой необратимый процесс.

В общем виде процесс снижения Х_пр I—V\. ^^ —^^ ^Ч свойств материалов может быть

0 —►!

Рис. 3.8. Схема снижения свойств материалов в процессе старения

представлен некоторыми кривыми (рис. 3.8). В зависимости от назна­чения материала снижение его свойств допустимо до некоторых предельных значений Х_пр, это и определяет продолжительность ис­пользования материала. Протекание процесса старения. Для расчета надежности необходимо знать скорость протекания процесса повреждения /(g) или степень данного повреждения U(t) в функции времени.

Такие зависимости могут быть получены на основе рассмотрения физи­ки процесса или экспериментальным путем.

В табл. 3.3 для металлов представлены типовые закономерности проте­кания процессов старения во времени. Они относятся к одностадийным процессам, когда в течение рассматриваемого периода не происходит изме­нения физико-химической картины процесса.

В табл. 3.4 дана классификация процессов старения по месту их проте­кания и внешнему проявлению и указаны основные разновидности каждого процесса. Наиболее просто протекают стационарные процессы, когда ско­рость процесса постоянна или колеблется относительно среднего значения. Это происходит в том случае, если факторы, влияющие на скорость процес­са, стабилизировались и нет причин, изменяющих интенсивность процесса. Зависимость U(t) имеет обычно линейный или близкий к нему характер. Та­кая закономерность характерна для установившегося периода изнашива­ния, для некоторых видов коррозии и других процессов. Если при старении возникают факторы, которые интенсифицируют или, наоборот, замедляют скорость его протекания, т. е. скорость процесса g изменяется монотонно, функция U(t) будет иметь нелинейный вид и соответственно описывать ускорение или затухание процесса повреждения материала. Ход процесса в этом случае связан с тем, что его скорость зависит не только от внешних

110

Г ЛАВА 3

Таблица 3.3 Типовые закономерности протекания процессов старения во времени

Процессы (по у-характеристике)

у() =dU / dt

U(t)

Примеры

Постоян­ные

1

U

Износ: U = kt

Стацио­нарные

Псевдоста­ционарные

у

t

_и

г

Износ при

переменных

режимах

г

г

Монотон­ные

Возраста­ющие

Убываю­щие

у

У

t

t

U

U

t

t

Износ при

засорении

поверхностей:

U — ktⁿ; п > 1;

U = A(e^kt – 1)

Износ в период приработки,

распад

мартенсита:

U — ktⁿ; п < 1;

U

С макси­мумом

у

Коррозия, коробление

_и

Экстрема­льные

С миниму­мом

У

t

t

Ползучесть,

износ,

коррозия

t

t

С запаздыванием

7

U

Усталость,

хрупкое разрушение

t

t

U

Знакопеременные

7

t

t

Изменение механических характеристик

111