Осуществления пластической

5. В большинстве машин необходимо использовать упругие элементы: пружины или рессоры. Пружины и рессоры применяют: для защиты от вибраций и ударов (особенно широко в транспортных машинах -автомобилях, вагонах); для совершения в течение длительного времени полезной работы путем предварительного аккумулирования или накопления энергии (заводные пружины в часах и других механизмах); для осуществления обратного хода в кулачковых и других механизмах: для создания натяга и т. д.

Естественные процессы всегда направлены в сторону достижения системой равновесного состояния (механического, термического или любого другого). Это явление отражено вторым законом термодинамики, имеющим большое значение и для анализа работы теплоэнергетических машин. В соответствии с этим законом, например, теплота самопроизвольно может переходить только от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Для осуществления обратного процесса должна быть

Схема такого цикла показана на рис. 0.5,а. Здесь в отличие от системы повышающей трансформации необходимы два цикла. Первый 1-2-3-4 — прямой, он служит для получения работы L при использовании тепла среднего потенциала Qc, подводимого на уровне ТС^>Т0.С. Работа L используется для осуществления обратного цикла 5-6-7-8, служащего для отвода тепла со среднего уровня Тс на верхний Ts.

Рис. 1.1. Схема установ-5 ки для осуществления обратного цикла Карно с нестационарными процессами /—IV.

Рис. 1.2. Схема установки для осуществления обратного цикла Карно со стационарными процессами. а — схема; б — цикл в Т, s-диаграмме.

Существенным недостатком синусных и тангенсных механизмов является большая сила трения, возникающая в скользящем соединении. Поэтому они применяются преимущественно в приборах (например, в тахометрах — рис. 3.18), чувствительный элемент ) которых развивает достаточно большое усилие (рис. 3.18). Во избежание увеличения потерь на трение отклонения рычага 2 принимаются малыми (ф яз 20°). Недостатком рассмотренных механизмов является также то, что для осуществления обратного движения нужна возвратная пружина, которая обеспечила бы контакт в скользящем соединении.

рассматриваемая система и окружающая среда вновь приходят в первоначальное состояние. При этом несущественно, какие факторы используются для осуществления обратного перехода из В в А — механические, тепловые или электрические и т. п., важно, чтобы в результате обратного перехода система и окружающая природа н е претерпели никаких изменений в сравнении с исходным состоянием Л. Таким образом, мы рассмотрели круговой процесс особого вида, в результате которого все внешние воздействия взаимно уничтожаются. Из рис. 5 видно, что в этом случае обратный переход должен происходить от состояния В к А точно по пути прямого процесса *. Поскольку данный квазистатический процесс идет всегда только по определенному пути, определяемому последовательными состояниями равновесия, то всякий квазистатический процесс является процессом полностью обратимым. В данном случае эта связь является логически необходимой. Поэтому термины «равновесный», «квазистатический» и «обратимый» тождественны.

Наиболее совершенным в термодинамическом отношении является обратный цикл Карно (фиг. 72). Цикл совершается в направлении 2 — 1 — 4 — 3 — 2. В результате осуществления обратного цикла тепло qa отводится от источника с низкой температурой Т„ и передается источнику с высокой температурой Т. Для того чтобы такой перенос тепла мог быть осуществлен, затрачивается механическая работа А1, эквивалентная площади 1—2—3—4—1.

Между тем такой подход оправдан лишь для установок, в которых воздух является одновременно теплоносителем низкого потенциала. В общем же случае выбор минимального давления в обратном газовом цикле при достаточных масштабах установки является произвольным. Имеется свобода также в выборе самого рабочего тела для осуществления обратного газового цикла.

Рис. 3.20. Схема установки для осуществления обратного цикла Стирлинга (а) и индикаторная диаграмма холодной полости (б):

Различают два способа осуществления пластической деформации: холодную и горячую обработку давлением.

По классификации И. А. Одинга вое виды механизмов пластической деформации можно разделить на три группы: сдвиговые, диффузионные и пограничные. В процессе пластической деформации металлов и сплавов происходит их деформационное упрочнение (повышение сопротивления деформации), которое определяется дислокационным механизмом. Горячая пластическая деформация осуществляется при напряжении, значительно превышающих предел текучести материала в условиях температур, при которых наряду с процессами упрочнения наблюдается динамическая рекристаллизация, а в паузпх между деформированием происходит разупрочнение материала. В связи с этим изучение процессов упрочнения-разупрочнения при горячем деформировании является основным вопросом при выполнении аналитических и технологических расчетов параметров процессов ОМД. Сопротивление деформации (СТ), как интенсивность напряжений достаточных для осуществления пластической деформации зависит от состояния материала, температуры ('!'), времени (t), скорости (с) и степени (С) деформации, контактного трения, разупрочнения и других факторов.

Технологические особенности изготовления полуфабрикатов. Листовая штамповка титановых сплавов. Для изготовления листов применяют следующие марки технического титана и его сплавов: ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ4, ВТ5-1, ОТ4-2, ВТ6, ВТ14 и ВТ15. Выбор того или иного из указанных сплавов для изготовления конструкций надо производить с учетом их механических и технологических свойств. Сплавы низкой и средней прочности (ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4) обладают хорошей штампуемостью в холодном состоянии. Остальные сплавы в отожженном состоянии имеют пониженную или низкую штампуемость, объясняемую неблагоприятным сочетанием механических свойств для осуществления пластической деформации. По сравнению с другими материалами эти сплавы имеют высокий предел прочности и предел текучести, высокое отношение оол/ав, сравнительно невысокие удлинение и поперечное сужение, особенно равномерные

работы для осуществления пластической деформации'(фиг. 46 и 47) [19 и 10].

Под действием сдвигающих напряжений дислокация перемещается вдоль плоскости скольжения. Для перемещения дислокации требуется меньшее касательное напряжение, так как атомы находятся в состоянии неустойчивого равновесия в решетке. Винтовая дислокация заключается в том, что часть кристаллической решетки на некотором протяжении оказывается сдвинутой на один параметр решетки относительно другой. При винтовой дислокации лишней атомной плоскости нет. Дислокации зарождаются при кристаллизации металлов и их сплавов, а также образуются в процессе пластической деформации. В процессе пластической деформации дислокации могут образоваться по механизму Франка— Рида. Сущность механизма образования дислокаций Франка — Рида заключается в следующем. Линейная дислокация, зародившаяся при кристаллизации, под действием касательных напряжений выгибается и принимает форму полуокружности. Этому моменту соответствует наибольшее значение касательных напряжений. При дальнейшем выгибании дислокация принимает форму замкнутой кривой (окружности), внутри которой остается исходная дислокационная линия. Наружная дислокация разрастается до внешней поверхности кристалла, а внутренняя вновь выгибается, порождая новую дислокацию. Препятствием движению дислокаций являются границы блоков и кристаллов. При пластической деформации кристаллы дробятся, увеличивается число блоков и протяженность их границ. Скопление дислокаций затрудняет зарождение новых дислокаций, так как для их генерирования теперь потребуются большие касательные напряжения. Усилие, необходимое для осуществления пластической деформации, возрастает с увеличени-

Необходимость мощного прокатного и другого технологического оборудования для осуществления пластической деформации при относительно низких температурах, анизотропия свойств деформированных сталей, сложность сварки — все это ограничивает возможность широкого применения трип-сталей. Из этих сталей изготавливают проволоку, тросы, высоконагруженные детали.

Таким образом, источник Франка-Рида, т. е. дислокационный сегмент, закрепленный в двух точках, вращаясь, действует непрерывно, как «дислокационная мельница», и производит замкнутые дислокационные петли (дислокации), которые, находясь на плоскости скольжения, могут резко снизить напряжение, необходимое для осуществления пластической деформации. В дальнейшем дислокации по мере увеличения их, взаимодействуя между собой, препятствуют перемещению друг друга и тормозят скольжение, что снова увеличивает сопротивление пластической, деформации,

Основной причиной очень низкой прочности металлических кристаллов является также наличие у них источников дислокаций типа Франка-Рида, которые обладают способностью «образовывать» дислокации при приложении сравнительно небольших напряжений. Источник Франка-Рида действует следующим образом. Дислокация, находящаяся на плоскости скольжения и закрепленная концами, постепенно загибается под действием равномерно распределенных напряжений в петлю, растущую симметрично. Наконец, обе ее стороны замыкаются, в результате чего образуется замкнутая петля дислокации и новый участок дислокации, готовый снова загибаться и давать новую дислокацию "и т. д., что резко снижает напряжение, необходимое для осуществления пластической деформации. Дислокаций при этом образуется • чрезвычайно много, например, плотность дислокаций в отожженном металле изменяется примерно от 10е до 108 дислокаций на 1 см2, а после пластической деформации она увеличивается примерно до 1012 дислокаций на 1 см2.

пересекаемые дислокации; атомы примесей и их группы; вакансии и промежуточные атомы. Для осуществления пластической деформации требуется преодоление при движении дислокаций этих препятствий, что связано с процессами самодиффузии и диффузии.

Чтобы осуществить скольжение относительно друг друга плоскостей упорядоченно расположенных атомов, требуется приложить достаточно большое сдвиговое напряжение, которое могло бы преодолеть силы взаимодействия между атомами одной плоскости и близко расположенными к ним атомами другой плоскости. Расчеты, произведенные различными способами, показывают, что для осуществления такого скольжения одной плоскости атомов относительно другой (пластической деформации) в обычных металлах теоретически потребовалось бы приложить сдвиговое напряжение порядка одного-двух миллионов фунт/дюйм2 (~0,7-105 —1,5-10* кгс/см2). Фактически же обычно замеряемые в опытах величины составляют лишь от 10 000 до 50 000 фунт/дюйм2 (~700—3500 кгс/см2). Естественно возникает вопрос: почему наблюдается такое большое несоответствие между теоретическими и наблюдаемыми в опытах значениями критического сдвигового напряжения, требуемого для осуществления пластической деформации?

Значение нагрузки, необходимой для осуществления пластической деформации, зависит от температуры и ско^ рости деформирования. С повышением температуры пластическая деформация требует меньшего усилия. Увеличение же скорости деформирования затрудняет процесс пластической деформации.