Пластическое состояние

Пластическое разрушение рабочих поверхностей зубьев червячного колеса наблюдается при действии больших перегрузок.

Пластическое разрушение сопровождается пластической деформацией, о чем свидетельствуют утонение образца и неровная волокнистая поверхность излома. При пластическом разрыве кроме нормальных напряжений в разрушении учасг-вуют и касательные, так как пластическая деформация вызывается действием только касательных напряжений. В тех слу чаях, когда разрушение происходит под действием только нормальных или только касательных напряжений, внешним признаком может служить вид разрушения: разная ориентация излома относительно направления главных напряжений в образце. Наглядно это проявляется при разрушении кручением пластичной и хрупкой сталей.

1. Пластическое разрушение. Происходит rmt существенной пластической дефо^.-лции, протекающей но всему (или почти по всему) объему тела. Разновидность пласти-

Характерные виды вязкого разрушения представлены на рис. 2. На рис. 3 приведена микрофотография начала вязкого разрушения, показывающая наличие пор в центральной зоне образцов [1]. Указывается, что процесс образования пор является самым важным, поскольку без них не может возникнуть трещина и произойти пластическое разрушение, а также что разрушение должно обязательно начинаться у оси образца.

При растяжении образцы разрушаются по одной линии, а при сжатии разрушение их в большинстве случаев происходило по линии, перпендикулярной к направлению приложения нагрузки. В случае поперечного изгиба разрушение образцов происходит, как правило, в растянутой зоне. Следов в сжатой зоне не наблюдалось, причем для одних материалов имело место пластическое разрушение, а для других — хрупкое. Такое явление, очевидно, обусловлено технологическим режимом их изготовления.

Так как в большинстве усталостных испытаний амплитуды циклических деформаций меньше 1%, мы считаем, что упругое поведение, предсказанное в табл. III, будет наблюдаться в случае малых пластических деформаций. Как правило, растущее пластическое разрушение будет иметь место только в относительно малой области перед концом трещины, в особенности для усталости в области больших чисел циклов (которая для металлов обычно определяется как область, где усталостная долговечность превосходит приближенно 108 циклов). Разумно также, может быть, рассматривать результат пластического течения в металлической матрице просто как возрастание эффективного отношения модулей волокна и матрицы.

териала может происходить либо путем отрыва (хрупкое разрушение), либо путем среза (пластическое разрушение).

роста трещины при низких температурах требуется меньший расход энергии. Несмотря на отрицательное влияние снижения температуры, ни в одном случае в данной работе не наблюдалось нестабильное упруго-пластическое разрушение; значения Kic (/), подсчитанные по формуле (3), приведены в табл.1.

Кроме отмеченных двух путей протекания пластической деформации, переходящей при возрастании нагрузки в пластическое разрушение (от среза), мыслим и иной характер работы материала, при котором после упругих деформаций до возникновения или после ничтожно малых пластических деформаций возникает разрушение от отрыва. То, что пластическое или хрупкое поведение материала зависит от взаимного расположения в пространстве направления действия сил и плоскостей отрыва, скольжения и двойникования, а также направлений скольжения и двойникования и величин предельных напряжений скольжения, двойникования и отрыва, можно проиллюстрировать таким примером. Монокристаллический цинковый стержень в случае, если ось его составляет 45° с плоскостями скольжения, обнаруживает очень большую пластичность — к моменту разрыва его можно растянуть в 10 и более раз. Если же в монокристаллическом цинковом стержне ось его составляет с указанными выше плоскостями 90°, то разрушение происходит, как у чисто хрупкого материала.

При растяжении образцы разрушаются по одной линии, а при сжатии разрушение их в большинстве случаев происходило по линии, перпендикулярной к направлению приложения нагрузки. В случае поперечного изгиба разрушение образцов происходит, как правило, в растянутой зоне. Следов в сжатой зоне не наблюдалось, причем для одних материалов имело место пластическое разрушение, а для других — хрупкое. Такое явление, очевидно, обусловлено технологическим режимом их изготовления.

териала может происходить либо путем отрыва (хрупкое разрушение), либо путем среза (пластическое разрушение).

В качестве примера рассмотрим принцип действия литьевой машины, показанной на рис. 28,2. Гранулы пластмасс или резины, постоянно подаваемые в бункер 7, посредством вращения поршня-червяка 3 нагнетаются в переднюю часть цилиндра, запертую Клапаном 2. Вследствие внешнего нагрева и механического трения гранулы размягчаются и материал переходит в вязко-пластическое состояние (рис. 28.2, а). После выгрузки готового изделия пресс-формы 5 смыкаются (рис. 28.2,'б). Затем, когда накопится порция подготовленного к литью материала, осуществляется следующее: подвод, посредством механизма /, литьевой головки к прессформам, клапан 2 открывает канал, впрыск, т. е. литье под давлением за счет осевого движения поршня-червяка 3, в сторону прессформ (рис. 28.2, в), выдержка под давлением, после чего литьевая головка отводится от прессформы, клапан 2 запирает канал, поршень-черняк 3 отводится вправо и приводится во вращение механизмом 4 для подготовки следующей партии материала. По истечении времени технологической выдержки, необходимой для отвердения (вулканизации) отлитого изделия, прессформы 5 размыкаются и выталкиватель 6 осуществляет выгрузку изделия (рис. 28.2, г).

ной формы и др.). Таким образом, сопротивление деформированию носит устойчивый или неустойчивый характер. Устойчивое сопротивление деформированию обычно сопровождается с ростом внешней нагрузки (например, при нагружении монотонно возрастающей силой). Переход из устойчивого в неустойчивое состояние сопровождается снижением интенсивности роста или спадом внешней нагрузки и называется предельным состоянием, а параметры, соответствующие ему, - критическими (критическая сила, деформация, напряжение, энергия). Формы потери устойчивости сопротивления деформации разнообразны, например, переход металла из упругого в пластическое состояние, локализация деформаций (шейко-образование) при растяжении, потеря устойчивости первоначальной формы при действии напряжений сжатия и др. Разрушение нередко происходит при нормальных условиях эксплуатации конструкций, когда в целом металл испытывает макроупругие деформации. Такие разрушения, как правило, реализуются при наличии дефектов и конструктивных концентраторов. Последние вызывают локальные перенапряжения и образование микротрещин. Трещины в металле могут существовать и до эксплуатации конструкции, например, холодные и горячие трещины в сварном соединении. При рабочих нагрузках, вследствие действия временных факторов разрушения, происходит медленный, устойчивый рост исходных трещин и при определенных условиях наступает период неустойчивого (быстрого) распространения и окончательного разрушения. Определение критических параметров неустойчивости росту трещин является основной задачей механики разрушения. Критерии механики разрушения, как и феноменологические теории прочности, постулируются на основании какого-либо силового, деформационного или энергетического параметра R (рис.2.7). Условием неустойчивости тела с трещиной является (быстрое распространение трещины).

Из других высокопроизводительных способов сварки винипласта следует отметить сварку токами высокой частоты. Сущность этого способа заключается в нагреве свариваемых изделий в высокочастотном электрическом поле и сдавливании деталей после их разогрева до перехода в пластическое состояние.

В оптимальных случаях пластическое состояние металла при статическом нагружений способствует тому, что наличие небольших несшюшностей в пределах 5...8% или совершенно не изменяет несущую способность конструкции, или изменяет ее пропорционально значению

5. Высокие теплопроводность и теплоемкость алюминия требуют применения мощных источников тепла, а в ряде случаев подогрева. Высокий коэффициент линейного расширения и малый модуль упругости способствуют появлению значительных сварочных деформаций, что требует применения надежных зажимных приспособлений и устранения деформаций после сварки в ответственных конструкциях. В алюминии отсутствует пластическое состояние при на* греве и переходе из твердого в жидкое состояние, при этом алюминий не меняет своего цвета, а в области температур более 400—450*С имеется провал прочности и пластичности, поэтому рекомендуется сварка на подкладках.

Особенностью напряженно-деформированного состояния твердых прослоек является реализация в них эффекта контактного разупрочнения, заключающегося в возникновении благоприятной "мягкой" схемы напряженного состояния и приводящей к улучшению деформационных характеристик сварного соединения (удлинения, сужения, трещиностойко-сти и др.)- На основе установленных закономерностей изменения касательных напряжений на контактной плоскости твердой прослойки, при которой ее металл полностью перейдет в пластическое состояние, получены уточненные формулы.

сварные швы, переход в пластическое состояние происходил бы при давлении около 11,6 МПа. Это давление почти в четыре раза больше давления, при котором производили измерения деформаций. Результаты тензометрирования представлены на рис. 3.6-3.7.

--200 ll/мм") и Ст.Ч (от = 234 И/мм-) толщиной 1; 1,5; 2; 2,Г. мм и длиной разреза 14,8; 18,7; 29,3 мм. Предел текучести здесь определялся в виде отношения нагрузки к площади ослабленного сечения при полном его переход!! в пластическое состояние. В процессе исследования поверхности образца обнаружены следующие стадии развития пластических областей [31, 85, 320].

Если внешние нагрузки невелики, то в материале детали возникают только упругие деформации. Говорят, что материал находится в упругом состоянии. С ростом внешних сил в материале появляются заметные остаточные деформации, значит материал перешел из упругого в пластическое состояние. И, наконец, с увеличением нагрузки наступает момент, когда целостность материала нарушается, начинается разрушение материала в буквальном смысле слова. В таком случае говорят, что материал перешел из пластического состояния в состояние разрушения. При испытании материалов на одноосное растяжение было установлено, что не все материалы одинаково ведут себя под нагрузкой. У пластичных материалов состоянию разрушения предшествует заметное на глаз пла'стическое состояние. Наоборот, хрупкие материалы переходят в состояние разрушения при очень малых остаточных деформациях, т. е. практически минуя пластическое состояние.

Существует несколько гипотез прочности — научных предположений о причинах перехода материалов в опасное состояние. Каждая гипотеза устанавливает свои признаки равноопасности различных напряженных состояний. Из многих гипотез о переходе материала в пластическое состояние чаще других применяются в настоящее время две: гипотеза наибольших касательных напряжений и энергетическая гипотеза формоизменения: из гипотез о переходе в состояние разрушения обычно применяется гипотеза Мора.

В качестве примера рассмотрим принцип действия литьевой машины, показанной на рис. 28.2. Гранулы пластмасс или резины, постоянно подаваемые в бункер 7, посредством вращения поршня-червяка 3 нагнетаются в переднюю часть цилиндра, запертую Ж-лапаном 2. Вследствие внешнего нагрева и механического трения гранулы размягчаются и материал переходит в вязко-пластическое состояние (рис. 28.2, а). После выгрузки готового изделия пресс-формы 5 смыкаются (рис. 28.2, б). Затем, когда накопится порция подготовленного к литью материала, осуществляется следующее: подвод, посредством механизма /, литьевой головки к прессформам, клапан 2 открывает канал, впрыск, т. е. литье под давлением за счет осевого движения поршня-червяка 3, в сторону прессформ (рис. 28.2, в), выдержка под давлением, после чего литьевая головка отводится от прессформы, клапан 2 запирает канал, поршень-червяк 3 отводится вправо и приводится во вращение механизмом 4 для подготовки следующей партии материала. По истечении времени технологической выдержки, необходимой для отвердения (вулканизации) отлитого изделия, прессформы 5 размыкаются и выталкиватель 6 осуществляет выгрузку изделия (рис. 28.2, г).