Пластическом материале

При пластическом деформировании одна часть кристалла перемещается (сдвигается) по отношению к другой. Если нагрузку снять, то перемещенная часть кристалла не возвратится на старое место; деформация сохранится. Эти сдвиги обнаруживаются при микроструктурном исследовании, как это, например,. показано на рис. 41.

Рис. 41. Изменение структуры железа при пластическом деформировании (Розенгейн). Х100:

Следовательно, при пластическом деформировании выше температуры рекристаллизации упрочнение и наклеп металла, если и произойдут, то будут немедленно сниматься. Такая обработка, при которой нет упрочнения (наклепа), называется горячей обработкой давлением. Обработка давлением (пластическая деформация) ниже температуры рекристаллизации вызывает наклеп и называется холодной обработкой.

присоединения атомов при росте кристалла или сильное искажение решетки при пластическом деформировании.

Напряжения, вызывающие смещение атомов в новые положения равновесия, могут уравновешиваться только силами межатомных взаимодействий. Поэтому под нагрузкой при пластическом деформировании деформация состоит из упругой и пластической составляющих, причем упругая составляющая исчезает при разгрузке (при снятии деформирующих сил), а пластическая составляющая приводит к остаточному изменению формы и размеров тела. В новые положения равновесия атомы могут переходить в результате смещения в определенных параллельных плоскостях, без существенного изменения расстояний между этими плоскостями. При этом атомы не выходят из зоны силового взаимодействия и деформация происходит без нарушения сплошности металла, плотность которого практически

При температурах ниже температуры начала рекристаллизации, наблюдается явление, называемое возвратом. При возврате (отдыхе) форма и размеры деформированных, вытянутых зерен не изменяются, но частично снимаются остаточные напряжения. Эти напряжения возникают из-за неоднородного нагрева или охлаждения (при литье и обработке давлением), неоднородности распределения деформаций при пластическом деформировании и т, д. Остаточные напряже-

Сварка — технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

взаимодействия дислокаций. Перемещение последних происходит не беспрепятственно, а с преодолением различных потенциальных барьеров. Повышение уровня напряжений, необходимых для преодоления барьеров при пластическом деформировании связывают с явлением деформационного упрочнения. Наряду с повышением сопротивления деформированию отмечаются факторы, снижающие напряжение текучести, связанные с понижением числа и высоты барьеров. Это явление называют возвратом. Возврат, идущий при холодной деформации называется динамическим. В зависимости от степени пластической деформации в металле образуются различные дислокационные структуры и в связи с этим на кривых упрочнения выделяют характерные стадии деформационного упрочнения: 1 - стадия легкого скольжения; 2 - быстрого (линейного) деформационного упрочнения; 3 - динамического возврата. Естественно, такое разделение условно, поскольку на каждой стадии деформирования реализуются факторы, упрочняющие и разупрочняющие металл. В зависимости от того, какие факторы проявляются интенсивнее, и производят деление на отдельные стадии деформации металла. На стадии легкого скольжения упрочнение носит линейный характер Е = const. Однако модуль упрочнения Е настолько мал (Е « 1(Н G, G - модуль сдвига), что на стадии легкого скольжения можно полагать металл неупрочняемым. На диаграмме растяжения эта стадия соответствует, так называемой, площадке текучести. Основной вклад в деформацию вносят дислокации, прошедшие через весь кристалл и вышедшие на поверхность. При этом длина свободного пробега! дислокации постоянна и достигает значительных величин (около 0,8 мм для железа).

торможения дислокаций. Перемещение последних происходит не беспрепятственно, а с преодолением различных потенциальных барьеров. Повышение уровня напряжений, необходимых для преодоления барьеров при пластическом деформировании, связывают с явлением деформационного упрочнения. Наряду с повышением сопротивления деформированию отмечаются факторы, снижающие напряжение текучести, связанные с понижением числа и высоты барьеров. Это явление называют возвратом. Возврат, идущий при холодной деформации, называется динамическим. В зависимости от степени пластической деформации в металле образуются различные дислокационные структуры, и в связи с этим на кривых упрочнения а = f(s) выделяют характерные стадии деформационного упрочнения: 1- стадия легкого скольжения; 2 - быстрого (линейного) деформационного упрочнения; 3 - динамического возврата. Естественно, такое разделение условно, поскольку на каждой стадии деформирования реализуются факторы, упрочняющие и разупрочняющие металл. В зависимости от того, какие факторы проявляются интенсивнее, и производят деление на отдельные стадии деформации металла. На стадии легкого скольжения упрочнение носит линейный характер do/de = const = Е'. Однако модуль упрочнения Е' настолько мал (Е1 « 1СИ G, где G - модуль сдвига), что можно полагать металл на стадии легкого скольжения неупрочняемым. На диаграмме растяжения эта стадия соответствует так называемой площадке текучести. Основной вклад в деформацию вносят дислокации, прошедшие через весь кристалл и вышедшие на поверхность. При этом длина свободного пробега дислокации постоянна и достигает значительных величин (около 0,8 мм для железа). Плотность дислокаций на стадии легкого скольжения растет пропорционально степени деформации. Деформационное упрочнение обусловлено взаимодействием параллельных или лежащих в параллельных плоскостях сдвига дислокаций. При этом глав-

Далее кратко рассмотрим основные механизмы образования микротрещин, которые можно подразделить на дислокационные, диффузионные и в результате межзерен-ного сдвига. Дислокационные механизмы могут быть разделены на три группы. К первой группе относятся модели (Зинера, Стро, Коттерелла, Гилмана и др.), связывающие инициированные микротрещины со скоплением дислокаций в плоскостях скольжения. Эти скопления возникают в результате остановки движущихся дислокаций в различных барьерах, которыми являются границы зерен с большими углами разориентировки, включения, поля напряжений. Вторая группа моделей предполагает образование микротрещин в результате скопления дислокаций в окрестностях пересечения систем элементарных актов пластической деформации путем скольжения и двойнико-вания (модель Коттерелла). В соответствии с концепциями моделей третьей группы микротрещины инициируются в результате взаимодействия дефектов кристаллической решетки при пластическом деформировании. Эта группа -барьерные механизмы, описывающие процесс развития трещин в результате объединения цепочек вакансий в движущихся дислокациях со ступенькой; пересечение малоугловых границ; аннигиляции дислокаций в близко расположенных плоскостях скольжения; возникновения поля растягивающих напряжений от двух дислокационных скоплений противоположного знака.

Качество стали оценивается рядом структурно-нечувствительных и структурно-чувствительных механических характеристик, устанавливаемых по результатам испытаний образцов на растяжение. К первой группе свойств относятся модули упругости Е и коэффициент Пуассона ц. Величина Е характеризует жесткость (сопротивление упругим деформациям) стали и в первом приближении зависит от температуры плавления Тпл. Легирование и термическая обработка практически не изменяют величину Е. Поэтому эту характеристику можно рассматривать как структурно-нечувствительную. Коэффициент Пуассона ц отражает неравнозначность продольных и поперечных деформаций образца при натяжении. При упругих деформациях ц = 0,3. Условие постоянства объема стали при пластическом деформировании требует, чтобы ц = 0,5. При определенных значениях относительной деформации 8 > ет (или ео,2, eo,s). Зависимость а(е) отклоняется от прямолинейного закона (Гука). Предел текучести ат(ао,2 или CTO,S) связан с величиной ет по закону Гука: ат = етЕ. Дальнейшее увеличение деформаций способствует увеличению напряжений.

Для исследования напряженных состояний при больших деформациях — упругих (например, на резиновых образцах) и пластических (на металлических образцах) - применяют метод дели т е л ь-н ы х сеток. С'етки наносят фотоспособом или накаткой. По фотоизменению сетки оценивают деформированное и напряженное состояние. 1C методу сеток примыкает метод реплик, при котором сетки наносят царапаньем и получают их отпечатки (реплики) на пластическом материале до и после нагружения.

Правильная форма ручек, рукояток, черенков и т. д. не может быть образована негативным отпечатком сжатой ладони па пластическом материале: при этом методе можно получить форму ручки или рукоятки, пригодную только для одного способа держания инструмента. Однако держать инструмент все время только одним способом — монотонно и вредно для здоровья, так как рука, держащая инструмент, должна иметь возможность несколько изменять свое положение, и это следует учитывать при разработке формы ручки, рукоятки и т. д. Поэтому правильную форму ручек и т. д. можно найти лишь в результате обстоятельного исследования анатомической структуры и нервной функциональной структуры руки и—одновременно — анализа рабочей операции, выполняемой с помощью соответствующего инструмента. Вопросами правильного оформления ручек, рукояток и т. д. занимается так называемая хиротехни.ка. В ЧССР научные основы проектирования захватных частей инструментов и деталей управления были созданы проф. Роубалом (Roubal); его работу продолжает д-р Тучны (Tucny), разработавший метод подразделения и локализации главных функциональных зон человеческой руки с точки зрения анатомической и функциональной структуры.

мости от свойств материала и характера нагрузки (статическая, переменная). При пластическом материале расчет допускаемой нагрузки осуществляется по нагрузке, соответствующей предельному состоянию (см. гл. IX и XIV), или по предельно допускаемой упруго пластической деформации.

Приведенным напряжением по теории наибольших касательных напряжений для пластинок при однозначных главных напряжениях является величина наибольшего из них, а при разнозначных — сумма их абсолютных величин. Приведенное напряжение не должно превышать допускаемого, величина которого определяется в зависимости от свойств материала и характера нагрузки (статическая, переменная). При пластическом материале расчет допускаемой нагрузки производят по нагрузке, соответствующей предельному состоянию (см. гл. VIII и XV), или по предельно допускаемой упруго-пластической деформации.

Материал должен выдерживать кратковременные высокие напряжения, связанные с этими отклонениями. Приходится считаться с возможностью попадания в машину посторонних тел, которые при достаточно пластическом материале приводят к образованию лишь вмятин, не вызывая трещин и разрушения детали. Поэтому материал должен быть не только прочен, но и пластичен.

не могут быть реализованы. Если оставаться в сфере действия этих условий в процессе роста трещины, то исследование связи динамической вязкости разрушения с процессами, происходящими в пластической зоне в окрестности вершины трещины,. дает основу для установления зависимости вязкости разрушения от нелинейных свойств и микроструктуры материала. Обзор работ, развивающих одномерные модели пластического течения в окрестности вершины в виде зоны сцепления, выполнен Фрейдом [44]; основное внимание в данном обзоре было уделено недавно опубликованным исследованиям по проблеме динамического роста трещины с распространяющейся зоной пластичности. Рассмотрим прежде всего установившийся процесс роста трещины для антиплоской деформации в упруго-идеально-пластическом материале. Это практически единственный случай, когда можно построить относительно полное обычно используемое на практике решение. Обозначим через х\, х2 плоскость деформирования, через и3 — перемещение в направлении оси х3. Теорема об изменении количества движения приводит к уравнению

Асимптотика полей для динамического роста трещины в упруго-идеально-пластическом материале была исследована также Л. И. Слепяном [84], Ахенбахом и Дунаевским [5], Гао и Не-мат-Нассером [50]. В двух последних из только что цитированных работ основной результат был обобщен также на случай антиплоского сдвига. Результаты, которые были получены в проблеме динамического роста трещины при плоской деформации, лротиворечивы, и поэтому требуются дополнительные исследования с тем, чтобы построить приемлемое асимптотическое решение (если только оно существует) и, что более важно, оценить размеры области, в которой будет работать некоторая асимптотика.

В первой из этих работ использован подход, развитый Ама-зиго и Хатчинсоном [7] для исследования поля в окрестности вершины трещины при квазистатическом росте трещины в упру-гопластическом материале, подчиняющемся закону пластиче-

В работе Ло [67] проведено обобщение результатов более ранних исследований [54] по проблеме установившегося квазистатического процесса роста трещины в упруго-вязко-пластическом материале — учтены инерционные эффекты. В этих работах предполагалось, что скорость мгновенной неупругой деформации пропорциональна многовенным значениям напряжений в некоторой степени; например, ?Йе1 = Asp~]s.. при одноосном напряженном состоянии, где s =(s,-,-s,-,-)I/2; относительно разгрузки не делалось никаких специальных оговорок. Если значения показателя степени р меньше 3, то асимптотическое поле будет упругим. Для значений р, превосходящих 3, Ло построил некоторое асимптотическое решение в виде произведения, обладающее тем же замечательным свойством полной автономии — независимости от условий нагружения вдали от трещины. Как установлено Ло, зависимость неупругой деформации перед трещиной на линии ее движения от радиуса в случае типа 3 деформации окрестности вершины имеет вид

Асимптотические решения, описывающие поля у вершины трещины, раскрывающейся по типу I в идеально пластическом материале, были недавно исследованы в работах Л. И. Слепяна [64], Гао [65] и Раиса и др. [66]. Позднее Раис [67] уточнил эти решения. В то время как решения, полученные Райсом

ственно ненулевой скорости р. Очевидно, что для идеально пластического (склерономного) материала в качестве rni (так же, как и rBi) следует принять пределы текучести элементов конструкции гТ1-. В рассматриваемом пространстве векторов упругих деформаций {г} представление об идеально пластическом материале как частном случае идеально вязкого находит характерное отражение. Если использовать степенную реологическую функцию (7.33), приняв в ней значения показателей v^ одинаковыми (vf = v), поверхности уровня г) = const согласно (7.34) получаются центрально подобными: при удлинении вектора г в а раз потенциал -ф возрастает в ctv+! раз, независимо от начальной длины и ориентации этого вектора. При v = 1 поверхности уровня представляют эллипсоиды с осями, направленными вдоль базисных векторов gt; с ростом v они, сдвигаясь, приближаются к предельной поверхности. При v — *• сю поверхности равного уровня совмещаются на грани параллелепипеда rt \ — r,fi, определяя поверхность текучести склерономного тела, совпадающую в этом случае с предельной поверхностью; \re] ~ \гя\. Заметим, что известный закон нормальности вектора