Пластической деформаций

Сущность этих методов состоит в том, что в результате давления поверхностные слои металла, контактируя с инструментом высокой твердости, оказываются в состоянии всестороннего сжатия и пластически деформируются. Инструментом являются ролики и шарики, перемещающиеся относительно заготовки. Микронеровности обрабатываемой поверхности сглаживаются путем смятия микровыступов и заполнения микровпадин.

в) приспособление предназначено для предварительного пластического изгиба изделия с целью компенсации последующих сварочных деформаций. Расчетными для приспособления являются силы и моменты, за счет которых достигается пластический изгиб изделия. Если пластически деформируются отдельные маложесткие части изделия и силы, необходимые для пластической деформации этих деталей относительно невелики, то ими можно пренебречь, а в качестве расчетных принимать силы и моменты, вызываемые перемещениями изделия при сварке (см. пункт 3).

Таким образом, в результате ультразвуковых колебаний в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки. По мере разрушения пленок образуются узлы схватывания, приповерхностные слои металла нагреваются, немного размягчаются и под действием сжимающего усилия пластически деформируются, свариваемые поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил, возникает прочное сварное соединение.

Главной целью механической обработки деталей машин является получение заданной геометрической формы, точности заданных размеров и шероховатости поверхностей. Однако в процессе механической обработки развиваются большие удельные усилия, металлы и сплавы в зоне обработки пластически деформируются и упрочняются, значительно повышается температура деформируемых слоев и изменяется их структура. Данные о степени упрочнения (наклепа) поверхностного слоя при основных технологических операциях обработки металлов приведены в табл. 2.3.

Разновысотность контактирующих выступов и величина действующей нагрузки определяют следующие виды деформации выступов: упругую, упругопластическую без упрочнения, упругопластическую с упрочнением. Чисто упругая деформация возможна только у эластичных тел, например резины. При контактировании весьма гладких металлических поверхностей также преобладает упругая деформация неровностей. Однако в большинстве случаев первичного нагружения ведущая роль в формировании площади фактического контакта принадлежит пластической деформации. Входящие в контакт выступы пластически деформируются (сплющиваются), чаще всего с внедрением в сопряженное тело. Внедряется более твердый выступ, а при одинаковой твердости тот, которому геометрическая форма придает большее сопротивление деформации. Исследования ряда ученых показали, что после однократного нагружения выступы упрочняются наклепом и при повторных нагружениях, не превышающих первоначальной нагрузки, деформируются практически упруго. При анализе контактного взаимодействия поверхностей трения твердых тел рассматривают и учитывают номинальную А„, контурную Ас и фактическую А,, площади контакта (рис. 3.1).

Связь прочности и точности центрирования цилиндрических соединений с неровностями поверхности. В гладких цилиндрических упругих сопряжениях с натягом неровности поверхности влияют на прочность соединения деталей, обеспечивающую несущую способность неразъемных и затрудняющую сборку-разборку разъемных еборочных единиц типа вал—втулка. Если в разъемных соединениях получается зазор, то неровности поверхности оказывают влияние на точность центрирования. Влияние неровностей поверхности на прочность соединения двоякое: при запрессовывании вала во втулку неровности с малыми шагами частично пластически деформируются и завальцовываются, уменьшая эффективное упругое давление на поверхностях контакта и, следовательно, уменьшая силу трения по сравнению с той, которая была бы при отсутствии неровностей; с другой стороны, при упругом оттеснении верхних слоев деталей во время запрес-совывания неровности двух контактирующих поверхностей входят в зацепление друг с другом, увеличивая сопротивление взаимному смещению и, следовательно, увеличивая силу трения, чему способствует еще адгезия.

2. В диапазоне малых скоростей — от 0,005 до 0,2 м/сек и удельных нагрузок от 5 до 100 кг/см2 происходит интенсивное разрушение поверхностных объемов металлов и удаление металла с обеих трущихся поверхностей, в результате чего они становятся шероховатыми (фиг. 10). Коэффициент трения при этом находится в пределах от 0,5 до 1,2. Поверхностные объемы металла пластически деформируются и упрочняются на значительную глубину

Поверхностные объемы металла пластически деформируются на глубину 50—80 мк (фиг. 23). В этом же диапазоне скоростей скольжения при испытании закаленных образцов (сталь марки У8) процесс схватывания не возникал, на поверхности трения развивался окислительный износ с малой интенсивностью.

Поверхностные объемы металла незначительно пластически деформируются, на поверхности образуются пленки окислов (фиг. 40). В диапазоне скоростей скольжения от 10 до 20 м/сек в поверхностных объемах металла образуются вторичные структуры в результате интенсивной диффузии углерода (выделяющегося из масла) в металл в процессе его пластической деформации при трении.

На чистой металлической поверхности адсорбционные процессы протекают очень быстро. Прежде всего адсорбируется кислород воздуха. Под действием сил притяжения металлической поверхности молекулы кислорода диссоциируют на атомы, которые, растекаясь по поверхности металла, химически с ним взаимодействуют, образуя пленку окислов. На этой пленке продолжают адсорбироваться из окружающей среды молекулы кислорода и органических веществ. Особенно прочно на поверхности металлов удерживаются частицы поверхностно-активных органических веществ. По данным В. В. Дерягина, адсорбированный слой достигает толщины 0,1 мкм. Адсорбированные молекулы ориентированы в некотором порядке, аналогичном кристаллической решетке твердого тела. Механические свойства адсорбированного слоя приближаются к свойствам твердого тела. Граничные смазочные слои обладают способностью повышать сопротивление давлению (упругость). При больших давлениях у относительно мягких твердых тел пластическое течение начинается одновременно или даже ранее граничных слоев, их покрывающих, т. е. граничный слой не выжимается даже при высоких давлениях. По данным акд. П. А. Ребиндера, износ поверхности происходит и при наличии масляной пленки между трущимися поверхностями. Даже при больших контактных напряжениях пленки не разрушаются, и, несмотря на то, что поверхностные слои металла покрыты пленкой, они все же упруго и пластически деформируются. Не разрушаясь при механичес-

Сущность их состоит в том, что под давлением твердого металлического инструмента (шар, ролик) выступающие микронеровности обрабатываемой поверхности пластически деформируются—сминаются, при этом шероховатость поверхности уменьшается. Металл выступов исходных неровностей перемещается в обоих направлениях от места контакта с деформирующим элементом, к которому приложено определенное усилие, и -оатекает» в смежные впадины. При этом металл из впадин выдавливается вверх, т. е. как бы происходит процесс, обратный накатыванию резьбы. Образуется новая поверхность с неровностями, высота, форма и шаг которых определяются основными параметрами режима обкатывания.

Выше было дано формальное определение упругой и пластической деформаций, но упругая и пластическая деформации имеют глубокое физическое различие.

Величину е можно представить в виде суммы термоупругой и пластической деформаций

с учетом (26) можно заключить, что сумма термоупругой к пластической деформаций для всех сечений пластины с покрытием постоянна

ты проводили на машинах "Инстрон", УММ-10ТМ, УММ-5 на образцах типа "песочных часов" или корсетной формы при частоте 1 цикл/мин. Образцы вырезали из кованых прутков промышленных сплавов ОТ-4У, ПТЗВ, ВТ5-1, ВТ6С. При испытаниях задавали постоянную для каждого образца величину полной деформации в цикле Де, одновременно измеряли по петле гистерезиса размах пластических деформаций и изменение напряжений. На рис. 48 представлено изменение вида петель гистерезиса сплава ВТ6С по мере увеличения количества циклов нагружения. Как видно, существенные изменения наблюдаются не только в размерах, но и в форме петли. Изменение ширины петли при снятии нагрузки позволяет оценить размах пластических деформаций и интенсивность процессов перераспределения упругой и пластической деформаций по структурным элементам сплавов. Для образцов всех сплавов (рис. 49) можно выделить три периода, характеризующиеся интенсивностью и знаком приращения размаха пластической деформации от цикла к циклу:

Согласно теории прочности Давиденкова — Фридмана природа разрушения двойственна: хрупкое разрушение от отрыва происходит под действием нормальных напряжений, вязкое — под действием касательных. Высокие напряжения, сопровождающиеся разрушением, могут возникнуть при ударе по абразиву в результате наложения падающей и отраженной волн. Разрушение абразивных зерен на поверхности контакта связано с интерференцией этих волн, поэтому создание теории напряженности контакта при ударе неразрывно связано с учетом упругой и пластической деформаций. Особые трудности возникают при аналитическом исследовании упругопластической деформации поверхности контакта при ударе: При напряжениях, превышающих предел упругости, местная деформация включает две составляющие— упругую и пластическую. Для упругой деформации справедлива приближенная зависимость Герца

Влияние энергии удара. При пластическом ударе общая энергия равна сумме энергий упругой и пластической деформаций, а также энергетических потерь. Экспери-

ментальное исследование теплового процесса при единичном ударе показало, что на первом этапе удара (в момент сжатия соударяющихся тел) работа упругой и пластической деформаций полностью переходит в теплоту и на кривой температура удара — время наблюдается резкий скачок. На втором этапе удара, когда происходит упругое восстановление деформированных объемов, контактная температура резко снижается. Вследствие кратковременности процесса конвективный теплообмен не успевает произойти, и такое резкое понижение температуры связано с тем, что после удара теплота отводится в объемы соударяющихся тел теплопроводностью, кроме этого, при быстром восстановлении деформированного объема температура его резко снижа^ ется.

Каждый новый набор приращений пластической деформации композита сравнивают с оценкой, полученной в предыдущем приближении, чтобы определить, обладает ли осуществляемая итерационная процедура сходимостью. (Рассматриваемая процедура, как правило, сходится через несколько циклов.) Когда достигнута желаемая точность приближения, приращения напряжений в каждом конечном элементе суммируются с напряжениями, существовавшими в начале рассматриваемого приращения нагрузки. При этом получаются напряжения, соответствующие началу следующего приращения. Далее к нагрузкам и деформациям композита прибавляются приращения нагрузки и сумма приращений упругой и пластической деформаций соответственно. Определенные таким образом полная нагрузка на композит и его деформации в конце каждого приращения нагрузки представляют собой новую точку на кривой о(е) композита.

Экспериментальные результаты, полученные в настоящей работе, изложены на основе статистической теории петли гистерезиса. Макроскопическое напряжение в петле является суммой компонент эффективного и внутреннего напряжений. Компонента внутреннего напряжения однозначно определена плотностью вероятности объемов с внутренним критическим напряжением, а компонента эффективного напряжения — величиной микроскопического эффективного напряжения и долей объемов в пластическом состоянии. Ни один из полученных результатов не противоречит данной гипотене. Наоборот, некоторые экспериментальные результаты невозможно объяснить на основе гипотезы однородной упругой и пластической деформаций макрообъема тела.

формирования по деформационной теории соотношение упругой еу и пластической деформаций однозначно определяется принятой кривой деформирования еп = -гг- 1 -- „- еу , что позволяет полнее

для (k + 1)'го полуцикла аналогичны соотношениям для fc-ro цикла, в которых знаки при Де(^+1^ и AS(k+l^ изменены на противоположные. В диапазоне температур 600 — 800 °С и при пластических деформациях до 1 % параметры обобщенных диаграмм циклического деформирования сплава ХН60ВТ слабо зависят от уровня пластической деформаций е* ' = е* . Схема процесса деформирования с учетом