Пластически деформируемой

Текстурирование тончайших поверхностных слоев металла при трении определяет кинетику их взаимодействия с кислородом и в то же время локализует все процессы окисления только в пластически деформируемых объемах. При нормальных условиях граничного трения процесс текстурирования сравнительно равномерно распространяется на глубину (1-10)- 10^к м. Этот слой в результате взаимодействия с ограниченным количеством кислорода, растворенного в смазке, при умеренной температуре в зоне контакта переходит в однородную ненасыщенную пленку, хорошо связанную с основным металлом. Толщина окисной пленки примерно соответствует толщине текстурированного слоя (1—10) • 10~8 м. По внешним признакам пленки бывают стекловидные, блестящие и матовые. Они плохо травятся, имеют повышенную твердость и хрупкость. Многочисленные экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что по своему составу окисные пленки, формирующиеся в условиях граничной смазки, относятся к особым твердым растворам кислорода и эвтектик окислов. По-видимому, эти аморфизированные не травящиеся пленки не удовлетворяют стсхио-метрическому составу даже низших окислов металлов. Смазочная среда при граничном трении задерживает поступление кислорода в зону трения.

2) процесс окисления пластически деформируемых поверхностных слоев с образованием твердых растворов и химических соединений кислорода с металлом.

Механика пластически деформируемых тел

В 1930 г. в кузнечной лаборатории НИИМАШ под руководством А. И. Зимина практикант из МГУ Е. П. Унксов начал исследования по теме «Механика пластически деформируемых тел — процесс сжатия металла под прессом». Спустя семь лет в ЦНИИТМАШе был опубликован отчет А. И. Зимина о работах по этой теме [22]. Учебный мастер Е. В. Розанов вспоминает, что в своем письменном столе на кафедре А. И. Зимин постоянно держал образцы, «которые он нагружал, давал длительное (год, несколько лет) естественное старение, снова нагружал». Подобные исследования были впервые поставлены им.

В 1948 и 1949 гг. А. И. Зимин выступил с серией докладов-лекций «кинематика пластически деформируемых тел» на общих собраниях ВНИТОКШ. Они положили начало систематическому изложению вопросов теории пластических деформаций с позиций механики сплошных сред. По мнению В. Я. Шехтера, в этих лекциях «оригинально и совершенно по-новому был рассмотрен вопрос о кинематике пластической деформации и предложены методы, дающие возможность наиболее просто решать некоторые практические задачи, связанные с изменением формы металла и скоростями деформации» 5. Позднее

А. И. Зимин, по воспоминаниям Ю. А. Бочарова, не был удовлетворен существующей теорией обработки металлов давлением, он продолжал работать над своей теорией — «Механикой пластически деформируемых тел» и с 1951 г. регулярно печатал статьи на эту тему в сборниках МВТУ. Ведя исследования по данной проблеме с целью разработки материалов для расширения и углубления учебного курса «Теория пластических деформаций» и продолжая другие исследования в этой области, А. И. Зимин заложил основы вихревой теории пластически деформируемых тел, доказав, что частицы металла при пластическом течении обязаны совершать вращательные движения. «Для общего случая пластического деформирования, — писал А. И. Зимин, — его интенсивность должна определяться совокупностью линейной и угловой интенсивностей. Имеются пластические деформации с преобладанием линейной интенсивности, но имеются также деформации, при которых угловая интенсивность является преобладающей».

«Изучение пластически деформируемых поковок как сплошных сред должно быть преемственно связано с теми основополагающими законами, гипотезами классической механики, которыми определяется научная проблема систем материальных точек. Сплошные среды являются очень сложным и трудным предметом изучения, поскольку они имеют бесконечное число степеней свободы.

Как видим, А. И. Зимин был не только основоположником качественно новой теории пластичности — механики пластически деформируемых тел, но и горячим ее пропагандистом. К сожалению, многие годы идеи вихревой теории не воспринимались даже сотрудниками ка-

Сам он учился всю жизнь, до последней минуты. Дома на его столе всегда лежали стопки книг и учебников по теоретической механике, теории механизмов и машин, теоретической и общей физике, гидромеханике, механике сплошных сред, теории и механике пластически деформируемых тел, а также непременно книги по философии: собрание сочинений И. Канта, труды А. Эйнштейна, А. 'Инфельда и др.

Спутником, основой и следствием его таланта была исключительная работоспособность. Он работал все время и везде. Сейчас трудно себе представить, как смог он провести столь емкий анализ с варьированием многих параметров при создании уточненной теории паровоздушных и пневматических молотов, теории винтовых фрикционных молотов (прессов), кривошипных и гидравлических прессов, высокоскоростных молотов, машин на принципе использования энергии гидроудара и гидровинтовых пресс-молотов, гидроприводов кузнечных машин, при разработке нового направления — механика и кинематика пластически деформируемых тел, при исследовании соударения тел и многих других вопросов.

прессовое оборудование» (ЭСМ, т. 8). Читал па общем собрании членов ВПИТОКШ доклады-лекции «Кинематика пластически деформируемых тол».

Объясняется это тем, что только в этом направлении возможна разработка теории процесса резания. Изучение износа и стойкости режущего инструмента, конечно, имеет большое практическое значение. Однако износ является следствием работы инструмента в пластически деформируемой среде металла, превращаемого в стружку, и для того, чтобы найти пути сокращения большого количества экспериментов, выполняемых сейчас, нужна теория процесса резания.

Рис. 705. Стопорение пластически деформируемой вставкой

Наибольшее силовое давление со стороны инструмента металл испытывает в направлении скорости резания, меньшую — в глубину заготовки. Соответственно, максимальное значение скорость дислокаций и пластической деформации обеспечивается в направлении скорости резания. Перемещаясь за время деформирования 10~2—10~3 с от режущей кромки дислокации, определяют конфигурацию и размеры пластически деформированной зоны (см. рис. 31.1, а). В пластически деформируемой зоне условно выделяют следующие области: область опережающего упрочнения обрабатываемого материала впереди режущего клина и область упрочнения ниже плоскости резания.

С увеличением пластичности металла и усилия резания размеры пластически деформируемой зоны при обработке растут. В случае обработки легированных малопластичных материалов упрочняющие фазы, легирующие элементы, являются стопорами дислокации. Поэтому размеры зоны деформации при обработке сокращаются, а усилие резания возрастает. Сокращение зоны деформации наблюдается при обработке на высоких скоростях, что обусловлено превышением скорости резания над скоростью движения дислокационных полос скольжения.

Деформация металла в пластически деформируемой зоне непосредственно перед режущей кромкой отличается от рассмотренной тем, что здесь в металле развиваются максимальные напряжения, а деформация стеснена. В результате здесь генерируется максимальное число дислокаций и плотность полос скольжения, они не выходят из зоны, а сливаются с дислокациями в пересекающихся плоскостях скольжения, образуя полостную дислокацию, которая представляет собой субмикротрещину. Достигая критического значения, трещина начинает распространяться перед режущей кромкой при ее перемещении, разрушая металл.

Под действием приложенных к инструменту ультразвуковых колебаний напряжения в пластически деформируемой зоне резания приобретают пульсирующий характер. Под действием пульсирующих напряжений дислокации перемещаются (также меняя знак), отходя от препятствий и преодолевая их. В результате происходит разблокировка дислокаций, число одновременно преодолеваемых препятствий снижается, повышая подвижность дислокации. И, как следствие, происходит снижение сопротивления пластической деформации в зоне резания — снижается сила резания.

Термическая обработка конструкций общего назначения, работающих в природном диапазоне температур (±60° С), производится обычно (схема 2) для снятия сварочных напряжений и восстановления свойств хрупких и иного рода прослоек, возникающих при сварке в шве и на различных участках зоны термического влияния. При термической обработке могут также восстанавливаться свойства материала у различных конструктивных и технологических концентраторов напряжений, расположенных в пластически деформируемой зоне сварного соединения. Все это должно приводить к повышению хрупкой прочности конструкции и устранению опасности преждевременных разрушений при нагрузках ниже расчетных, а для конструкций, подверженных воздействию циклических напряжений — к повышению усталостной прочности.

материала о'ур, а в пластически деформируемой зоне — величиной приложенной нагрузки Р.

Предположив, что разрушение материала у вершины трещины происходит в каждом цикле нагружения на расстоянии от вершины трещины, равном размеру пластически деформируемой зоны, Н. А. Мах-мутов записал выражение для скорости развития усталостных трещин в виде зависимости 22.

В последнее время появились работы [2, 235, 335, 269], в которых делаются попытки учесть накопление усталостного повреждения в пластически деформируемой зоне перед вершиной трещины, перед каждым ее продвижением в результате ее циклического упругопластического деформирования. Один из вариантов такой модели, реализованный в численном виде, описан в работе [21.

Известные в литературе модели хрупкого разрушения тел с трещинами не учитывают изменение реологических свойств материалов в пластически деформируемой зоне у вершины трещины при циклическом нагружении образцов и динамический характер распространения трещины при ее нестабильном развитии и поэтому не позволяют прогнозировать влияние режимов циклического нагружения на характеристики вязкости разрушения и закономерности перехода от усталостного к хрупкому разрушению конструкционных сплавов. Это не позволяет обосновать расчеты предельной несущей способности и долговечности тел с трещинами при циклическом нагружении с учетом стадии их нестабильного развития и ответить на практически важные вопросы: в каких случаях циклически нагружаемая конструкция с трещиной разрушится при нагрузках меньших, чем нагрузка, которую она может выдержать при статическом нагружении; при каких условиях полное разрушение конструкции произойдет при первом скачке трещины, а при каких — после определенного числа скачков.