Пластическое деформирование

Важно огметить, что потеря пластической устойчивости (образование шейки) образца происходит при значениях Р™, зачительно более высоких по сравнению со значениями, характерными для других участков образца Возможное объяснение этого явления заключается в следующем.

В то же время в процессе нагружения аномальные области накапливают дополнительную энергию. Превышение некоторого критического уровня накопленной энергии приводит к смене механизма разрушения, то есть потере пластической устойчивости, проявляющейся макроскопически в виде шейки.

Отличие подходов, на основе которых предложена формула (2.4) состоит в более четком обосновании и выборе момента, отвечающего достижению предельного состояния рассматриваемых оболочек. Специфика нагружения данных конструкций заключается в том, что момент достижения максимальной величины давления /)mar, действующего на оболочку, принимаемый за момент исчерпания ее несущей способности, не соответствует достижению предельных значений действующих в стенке оболочки главных напряжений <5\ и сь. В частности, было установлено, что предельное состояние тонкостенных оболочек отвечает стадии потери устойчивости их пластического течения, а момент исчерпания несущей способности определяется деформационной способностью металла и его склонностью к упрочнению в процессе нагружения за пределом текучести. Последнее учитывается введением в котельную формулу (2.3) коэффициента (3, характеризующего специфику деформирования конструкций на стадии потери пластической устойчивости и вытекающего непосредственно из анализа предельного состояния оболочковых конструкций (см. (2.4)). Аналогичные подходы были использова-

ется отличие в моменте начала процесса потери пластической устойчивости образцов сосудов. Последнее объясняется тем, что процесс выпучивания образцов предопределяет локализацию деформаций в зените выпучины, которая способствует протеканию процесса потери несущей способности конструкций при больших значениях напряжений.

В этом же направлении значительный интерес представляют исследования /61 — 63/ и теоретические подходы /59, 63, 64/, описывающие влияние двухосности нагружения стенки оболочковых конструкций на их предельное состояние. Так, например, в /20/ исходя из анализа потери пластической устойчивости тонкостенной оболочки цилиндрической формы, нагруженной внутренним давлением и осевой растягивающей силой, установлены общие закономерности процесса деформирования оболочки и достижения предельного состояния. При этом величина предельного давления, отвечающая стадии потери пластической устойчивости оболочки, определяется по формуле

тинное равномерное удлинение материала оболочки; Р(Ч/, sp) — параметр, характеризующий момент потери пластической устойчивости цилиндрической оболочки при ее нагружении за пределами текучести

Анализ работ /22, 60, 71 — 73 и др / показал, что несущая способность тонкостенных оболочковых конструкций, ослабленных мягкими прослойками, определяется соотношениями типа (2.3) — (2.4) при замене в них ов или Рав (Ов — предел прочности материала оболочки) на некоторую величину аср, характеризую щую величину' уровня предельных напряжений в стенке оболочки, приложенных в направлении поперек прослойки и соответствующих моменту потери пластической устойчивости рассматриваемых конструкций

Здесь р — параметр, характеризующий момент потери пластической устойчивости оболочки, ослабленной мягкой прослойкой; св — временное сопротивление металла мягкой прослойки; /(с^, п) — некоторый функционал, определяющий степень контактного упрочнения мягкой прослойки, работающей в составе оболочковой конструкции, в зависимости от конструктивно геометрических параметров с^ (например. А."в = а°м / а" , к = /? / / и т.п.) и схема нагружения (параметра двухос-ности /? = е*2 /d[). Исходя из этих позиций, основное внимание при оценке несущей способности тонкостенных оболочковых конструкций, как правило, уделялось исследованию влияния конструктивно-геометрических параметров механически неоднородных соединений на их статическую прочность аср /75/. При этом анализ базировался на основных закономерностях механического поведения неоднородных соединений, установленных ранее для листовых или стержневых конструкций. Для рассматриваемых конструкций в процессе их нагружения статической нагрузкой характерно контактное упрочнение наиболее слабого звена — мягкой прослойки. При этом его роль существенно возрастает с уменьшением относительной толщины прослойки к, что ведет к повышению прочности и снижению пластичности соединений, и в диапазоне относительно малых величин к несущая способность соединений практически находится на уровне прочности более твердого металла (Т). При размерах мягких прослоек больше толщины соединяемых элементов (к > 1 ) практически отсутствует контактное упрочнение мягкого металла и статическая прочность соединения, ослабленных мягкими прослойками, определяется механическими характеристиками металла (М) (например, рав').

Так, например, в /64/ было получено, что величина предельной истинной деформации ?\н , соответствующая моменту потери пластической устойчивости оболочковых конструкций (т.е. максимуму давления, отвечающему условию), связана с показателем двухосности в стенке оболочки п следующим соотношением

зависимости от параметра п, представлена в работах /61, 82/. В частности, было показано, что потеря несущей способности тонкостенных оболочек давления может проходить по двум механизмам в зависимости от соотношения напряжений в стенке п. Исходя из критерия потери устойчивости Свифта /86/, в работе /61/ предложен общий алгоритм решения задач о предельном состоянии оболочковых конструкций. В частности, было показано, что неустойчивое течение материала оболочковых конструкций начинается в момент, когда приращение напряжений в стенке, возникающее вследствие изменения ее геометрических размеров (утонения стенки), превысит соответствующий прирост напряжений, обусловленный процессом деформационного упрочнения материала. Исходя из анализа случая простого нагружения цилиндрической оболочки внутренним давлением и растягивающей силой, было установлено, что в интервале соотношений напряжений в стенке оболочки О < Ог / OQ < 2 (С2, О0 — соответственно осевые и окружные напряжения) исчерпание ее несущей способности происходит по критерию общей потери пластической устойчивости в виде выпучивания вдоль образующей. В диапазоне значений 2 < ог IО9 < «з исчерпание несущей способности рассматриваемых оболочковых конструкций происходит по критерию локальной неустойчивости в кольцевом сечении.

В работе /82/ для рассматриваемого случая нагружения цилиндрической оболочки были получены математические соотношения, описывающие процесс потери пластической устойчивости данной оболочки в зависимости от соотношения напряжений в стенке п = а2 / О]. В частности, уравнение для определения критических напряжений и деформаций при разупрочнении тонкостенной трубы по образующей имеет вид

Пластическое деформирование представляет собой совершенно другой, значительно более сложный продесс.

Кроме того, пластическое деформирование сопровождается дроблением блоков мозаики внутри зерен, а при значительных степенях деформации наблюдается также заметное изменение форм зерен и их расположения в пространстве, причем между зернами (иногда и внутри зерен) возникают трещины.

Выше отмечалось, что пластическое деформирование представляет собой процесс сдвига части кристалла по отношению к другой.

Пластическое деформирование выше температуры рекристаллизации, хотя и приводит к упрочнению, но это упрочнение устраняется протекающим при этих температурах процессом рекристаллизации. Следует отметить, что рекристаллизация протекает не IBO время деформации, а сразу после ее окончания ,и тем быстрее, чем выше темпера^^При очень высокой температуре, значительно превышающей температуру рекристаллизации, она завершается в секунды и даже доли секунд.

Следовательно, пластическое деформирование железа при 600°С следует рассматривать как горячую обработку, а при 400°С — как холодную. Для свинца и олова пластическое деформирование даже при комнатной температуре является по существу горячей обработкой, так как температура 20°С выше температуры рекристаллизации этих металлов. Эти металлы в практике называют ненаклепываемыми, хотя при деформировании у них образуются линии сдвига (что показывает, например, характерный хруст оловянной пластинки при се изгибании).

мадией (а"). Пластическое деформирование при низкой температуре может вызвать в некоторых случаях образование так называемого гексагонального е-мартенсита (промежуточное состояние), который затем может перейти в обычный ос-мар-тенсит.

Рассмотрим явления, происходящие при термической обработке в магнитном поле. Как известно, процесс перехода сплава из парамагнитного состояния в ферромагнитное (в точке Кюри) заключается в возникновении в нем областей спонтанного намагничивания. Если в это время на сплав подействовать сильным магнитным полем, то в микрообъемах сплава произойдет пластическое деформирование, вызванное поворотом этих областей, стремящихся ориентироваться вдоль силовых линий внешнего магнитного поля.

Для весьма мягких, пластичных металлов k > 100 (алюминиевые тубы со стенкой толщиной 0,1—0,2 мм при диаметре тубы 20— 40 мм). Возможность получения столь больших степеней деформации обеспечивается тем, что пластическое деформирование при выдавливании происходит в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Однако то же всестороннее сжатие приводит и к отрицательным явлениям. Чем больше степень деформации, тем больше усилие деформирования, и удельные усилия, действующие на пуансон

Деформирование и срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешней силы Р, приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке. Направление вектора силы совпадает с вектором скорости резания v. Работа, затрачиваемая на деформацию и разрушение материала заготовки (Pv), расходуется на упругое и пластическое деформирование металла, его разрушение, преодоление сил трения задних поверхностей инструмента о заготовку и стружки о переднюю поверхность инструмента. В результате сопротивления металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на режущий инструмент. Это силы упругого (Pyl и Руъ) и пластического (Рт и РП2) деформирования, векторы которых направлены перпендикулярно к передней и главной задней поверхностям резца (рис. 6.9, а). Наличие нормальных сил обусловливает возникновение сил трения (7\ и Т2), направленных по передней и главной задней поверхностям инструмента. Указанную систему сил приводят к равнодействующей силе резания:

Абразивные зерна могут также оказывать на заготовку существенное силовое воздействие. Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, искажение его кристаллической решетки. Деформирующая сила вызывает сдвиги одного слоя атомов относительно другого. Вследствие упругопластического деформирования материала обработанная поверхность упрочняется. Но этот эффект оказывается менее ощутимым, чем при обработке металлическим инструментом.

В зоне полирования одновременно протекают следующие основные процессы: тонкое резание, пластическое деформирование поверхностного слоя, химические реакции — воздействие на металл химически активных веществ, находящихся в полировальном материале. При полировании абразивной шкуркой положительную роль играет подвижность ее режущих зерен. Эта особенность шкурок приводит к тому что зернами в процессе обработки не могут наноситься мнкроследы, существенно различные по глубине.