Пластическое поведение

Механический КПД характеризует потери на трение в подвижных деталях насоса. При относительном перемещении соприкасающихся поверхностей в зоне их контакта всегда возникает сила трения, которая направлена в сторону, противоположную движению. Эта сила расходуется на деформацию поверхностного слоя, пластическое оттеснение и на преодоление межмолекулярных связей соприкасающихся поверхностей.

Основное влияние на процесс изнашивания оказывают постоянное возникновение и нарушение фрикционных связей, имеющих двойственную молекулярно-механическую природу. В работе [93 ] дана классификация этих связей, где выделено пять основных видов в зависимости от характера взаимодействия материалов, когда имеет место упругое или пластическое оттеснение материала, микрорезание, разрушение окисных пленок или разрушение основного материала в результате адгезии (молекулярного взаимодействия, табл. 16). Износ связан с многократным нарушением фрикционных связей. Таким образом, I—III виды фрикционных связей возникают при механическом взаимодействии материалов микровыступов, IV — при механическом (уп-ругопластический контакт пленок) или молекулярном (схватывание пленок) и V вид—при молекулярном взаимодействиях.

II ii^ Пластическое оттеснение ма- 1 < Л < %р --<ОД (в)

Нами проведены исследования по определению влияния параметров шероховатости стальных поверхностей на нагрузочную способность металло-фторо'пласта и износ применительно к условиям работы тихоходных тяжелонагруженных узлов металлургического оборудования (шпиндельные устройства конвейеров, paзмaтывateлeй рулонов и др.)*. Для тихоходных тяжелогруженных пар трения характерным является низкая скорость относительного скольжения, почти не вызывающая нагрев поверхностей трения и высокие удельные нагрузки, обусловливающие значительные упругопластические или пластические деформации в местах фактического контакта. При относительном перемещении контактирующих поверхностей различной твердости (например, сталь — металлофторопласт) происходит пластическое оттеснение деформируемого материала, которое при определенной глубине внедрения нарушается вследствие образования застойной зоны заторможенного материала.

Расчетные методы износостойкости строятся на физических трактовках процесса изнашивания. Остановимся только на некоторых методах, подтвержденных экспериментальными данными. И. В. Крагельский [43] исходит из того, что взаимодействие поверхностей имеет двойственную молекулярно-меха-ническую природу. Молекулярное взаимодействие обусловлено взаимным притяжением двух твердых тел, их адгезией, а механическое — взаимным внедрением элементов сжатых поверхностей. В зависимости от величины адгезии и относительной глубины внедрения будут иметь место: упругое оттеснение материала; пластическое оттеснение; срез внедрившегося материала; схватывание пленок, покрывающих поверхности твердых тел, и их разрушение; схватывание поверхностей, сопровождающееся глубинным выравниванием материала.

Рис. 28. Схема деформирования поверхностей материалов при трении: а —• пластическое оттеснение; б — микрорезание; б — за-

стичеекое оттеснение материала, а иногда и его упругое восстановление. Так, Крагельский [119] выделяет пять видов нарушения фрикционных связей двух контактирующих тел, три из которых (срез, упругое и пластическое оттеснение материала) могут наблюдаться при абразивном изнашивании. Условия перехода от упругого оттеснения к пластическому и ми'Крорезанию он ставит в зависимость от относительной глубины внедрения абразива в материал и величины сил адгезии. Автор подчеркивает, что срез (микрорезание) — явление редкое, так как минеральные частицы в почве округлены и закреплены .недостаточно прочно. Однако если уже в одном из 1000 контактов двух тел оно осуществится, то это обусловит ведущий вид изнашивания.

Взаимодействие двух тел при абразивном изнашивании практически всегда может быть сведено к указанным И. В. Крагельеким схемам нарушения фрикционных связей. При этом многократное упругое или пластическое оттеснение приводит к усталостному отслоению .слоев металла или отделению их абразивными частицами. Срез происходит при однократном (воздействии частицы на материал.

Ткачев [120] попытался комплексно рассмотреть микрорезание, пластическое оттеснение и коррозионно-механиче-ское изнашивание, обобщив различные мнения о характере взаимодействия материала с абразивом (рис. 39, б).

Из пяти видов нарушения фрикционных связей три: 1) упругое оттеснение материала, 2) пластическое оттеснение материала и

2. Пластическое оттеснение материала. Контактные напряжения достигают предела текучести, но материал обтекает внедрившиеся выступы контртела. Износ является результатом малоцикловой фрикционной усталости.

Учитывая многообразие видов композиционных материалов, невозможно разработать единую для всех них теорию. Настоящая глава ограничивается описанием лишь линейно упругого поведения композитов при статическом нагружении. (Упруго-пластическое поведение, вязкоупругое поведение, динамические процессы и конечные деформации рассматриваются в гл. 5, 4, 8 и 7 соответственно.) Предполагается, что такое макроскопическое состояние материала сохраняется вплоть до разрушения. Кроме того, считается, что компоненты материала тоже являются линейно упругими; таким образом, композит рассматривается как неоднородное линейно упругое тело.

.5 Упругопластическое поведение композитов 241

Милейко С. Т., Сорокин Н. М., Голофаст Е. Г., Упруго-пластическое поведение композита с металлической матрицей при одноосном нагружении, Пробл. прочности, № 11 (1974).

Материал, отраженный в данной главе, а также множество смежных результатов содержатся в книге Спенсера [40]. В частности, в ней широко обсуждаются случаи армирования несколькими семействами нерастяжимых волокон и нерастяжимыми поверхностями. Подробно рассматривается также пластическое поведение волокнистых материалов.

Под квазиупругим поведением мы подразумеваем такой тип-поведения материала, при котором в определенных условиях 5 можно считать функцией текущего значения параметра k- Например, если свойства материала по отношению к сдвигу являются упругопластическими, то S, вообще говоря, зависит от всей истории изменения k и, следовательно, не может быть функцией лишь текущего значения этого параметра. Однако известно, что в случаях, когда не происходит разгрузки (в данном случае это означает, что k меняется монотонно), пластическое поведение можно трактовать как нелинейно упругое '). При пластическом поведении мы обозначаем через W интеграл от S, определяемый формулой (38); таким образом, W не является накопленной энергией.

Максимальное касательное напряжение в матрице существенно в тех случаях, когда материал матрицы при сдвиге проявляет вязкоупругое или пластическое поведение. Эта величина, которую можно получить непосредственно из картины изо-хром, имеет пик вблизи конца волокна и существенно зависит от формы конца волокна. Известны полученные рядом исследователей значения максимальных коэффициентов концентрации касательных напряжений, однако сравнивать их очень трудно, поскольку разные авторы использовали различные модели, условия нагружения и определения коэффициента концентрации. Аллисон и Холлевэй [6] приводят значения

Сравнение рис. 12, а и 12, б показывает, как важны механические свойства матрицы для того, каким будет вид роста трещины и усталостная прочность композита. Матрица из высокопрочного алюминиевого сплава 6061-МТ61) фактически не давала трещинам разветвляться, что привело к сокращению усталостной долговечности по величине почти на порядок. Этот результат можно качественно объяснить, используя понятие относительных упругих модулей компонентов, и для того, чтобы учесть пластическое поведение, мы рассматриваем эффективные модули. Так, алюминий 1235 течет при низком уровне напряжений, отношение эффективных модулей волокна и матрицы увеличивается, что способствует ветвлению трещин. Пластическое течение в матрице с низким пределом текучести также затупляет конец трещины и сводит к минимуму напряжения около него. С другой стороны, напряжения у конца трещины в алюминиевом сплаве 6061-МТ6 высоки, отношение эффективных модулей более низкое и ветвление трещин минимально. Более того, вязкие волокна являются особенно чувствительными к высоким напряжениям вблизи конца трещины, и поэтому рост усталостных трещин будет быстрым.

BOB Ti — 8A1 — 1 Mo — IV (SC) и Ti — 5A1 — 2,5 Sn. В последнем случае растрескивание происходит при напряжениях, близких к пределу прочности на растяжение, что возможно указывает на необходимость нахождения металла в области пластической деформации или в сложнонапряженном состоянии. Трещины могут также зарождаться и на гладких образцах некоторых (а + (3) и Р-СПЛЗВОВ при напряжениях вблизи предела текучести. В большей части представленных ранее экспериментов по КР рассматривалось зарождение трещины в связи с воздействием среды, начиная с предварительно существующей (статической) трещины. Упруго-пластическое поведение в вершине такой предварительно существующей трещины (подчеркнутое в модели I) недостаточно понятно, поэтому любой анализ распределения напряжений или деформации чрезвычайно затруднен. Наблюдение за надрезом, за влиянием остроты надреза и толщины образца указывает на важность вида напряжения, по крайней мере для а- и (а + р)-сплавов. Поэтому любая теория по влиянию напряжения на КР должна объяснить несколько факторов: важность вида напряжения (т. е. плосконапряженное состояние или условие плоской деформации) ; существование и значение порогового коэффициента интенсивности напряжений KIKP, зависимость скорости роста трещины от напряжения в области II а роста трещин и независимость от напряжения в области II роста трещин.

раздела может достигнуть величины 0,1—0,3, так что г может превысить предел текучести матрицы. Тогда наступит пластическая деформация матрицы, которая при небольшой растягивающей нагрузке деформировалась упруго. Такое упруго-пластическое поведение матрицы представляется наиболее вероятным в процессе работы композиции. Эпюра напряжений для упруго-пластического случая пока-" зана на рис. 170.

с заметной пластической деформацией образца или элемента машины. Такое пластическое поведение обычно нелинейно и зависит от предыстории нагружения.

2. Необратимая деформация — изменение формы сохраняется по окончании воздействия силы; пластическое и вязкое поведение; пластическое поведение предполагает необратимую деформацию решетки.