Распространения пластической

Взрывом штампуют обычно в бассейне, наполненном водой (рис. 3.47, а). Заготовку, зажатую между матрицей и прижимом, опускают в бассейн. Полость матрицы под заготовкой вакуумируется, чтобы воздух не препятствовал плотному ее прилеганию к матрице. Заряд с детонатором подвешивают в воде над заготовкой. Взрыв образует ударную волну высокого давления, которая, достигая заготовки, вызывает ее разгон. Процесс штамповки длится тысячные доли секунды, а скорости перемещения заготовки соизмеримы со скоростями распространения пластических деформаций в металле.

тельной глубиной распространения пластических деформаций hjr и относительной величиной управляемого параметра операции:

287. Филлипс А., Вуд Э. Р., Забински М. П., Заннис П. Волны разгрузки в теории распространения пластических волн в стержне.—• Механика, 1974, № 1, с. 121 — 135.

Рис. 7.14. Зоны распространения пластических деформаций

Пластическая деформация появляется в точке на оси у на глубине y^Q,8b (здесь b — полуширина площадки контакта). Номере увеличения нагрузки зона пластичности расширяется вглубь тела и в направлении поверхности контакта. Зоны распространения пластических деформаций для разных удельных нагрузок приведены на рис. 7.14.

При давлении деформируемого цилиндра на полупространство ширина площадки контакта (Возрастает и давление в зоне контакта уменьшается. В результате пластические деформации в полупространстве появляются при больших нагрузках. Последнее наглядно иллюстрирует штриховая линия на рис. 7.14, которой очерчена зона распространения пластических деформаций в той же плите при взаимодействии с деформируемым цилиндром при р = = 240 Н/мм. Для выхода пластических деформаций на поверхность в этом случае требуется большая нагрузка.

Увеличение внешней нагрузки в два раза приводит к существенному развитию зон распространения пластических деформаций (на глубину до 0,27 мм при / = 0 ч) и ползучести (на глубину 0,31 мм через 500 ч работы).

При изгибе плетей из труб с монолитной стенкой, с достижением предела текучести возрастают прогибы и лишь после распространения пластических деформаций по всему сечению наиболее напряженной трубы появляется плавная гофра. В многослойных трубах при достижении критических напряжений потери устойчивости стенки в сжатой зоне мгновенно образуется складка с потерей несущей способности трубопровода.

цы под заготовкой вакуумируется, чтобы воздух не препятствовал плотному ее прилеганию к матрице. Заряд с детонатором подвешивают в воде над заготовкой. Взрыв образует ударную волну высокого давления, которая, достигая заготовки, вызывает ее разгон. Процесс штамповки длится тысячные доли секунды, а скорости перемещения заготовки соизмеримы со скоростями распространения пластических деформаций в металле.

ё монотонно снижаются примерно в такой же степени, как и при снижении температуры испытаний. Это снижение в основном определяется приращениями пределов текучести при заданной температуре / (т.е. величиной етт — стт) или при заданной скорости деформации ё (т.е. величиной а^-сГу). Этим объясняют повышение склонности к хрупкому разрушению - при увеличении скоростей деформирования и снижении температур эксплуатации характеристики пластичности возрастают. Для ё >10"31/с повышение пластичности при динамическом натружении и снижение сопротивления деформациям широко используют в технологических операциях пластического формообразования, особенно хрупких материалов. При повышении скоростей деформирования до 104-1051/с эффекты локального тепловыделения становятся достаточными для высокотемпературных процессов взрывной сварки, в том числе и хрупких металлических материалов. Если скорости деформирования превышают 1061/с, то развитие макро- и микропластических деформаций затрудняется. Это объясняется тем, что скорости распространения упругих деформаций больше, чем скорости распространения пластических деформаций, и микроразрушения при сверхскоростном нагружении начинаются в условиях упругих деформаций. Указанные факторы способствуют образованию хрупких, в том числе откольных, разрушений при импульсных лазерных и электромагнитных нагружениях.

Этим объясняют повышение склонности к хрупкому разрушению — при увеличении скоростей деформирования и снижении температур эксплуатации характеристики пластичности возрастают. При повышении скоростей деформирования до 104-1051/с эффекты локального тепловыделения становятся достаточными для высокотемпературных процессов взрывной сварки, в том числе и хрупких металлических материалов. Если скорости деформирования превышают 106 1/с, то развитие макро- и микропластических деформаций затрудняется. Это объясняется тем, что скорости распространения упругих деформаций больше, чем скорости распространения пластических деформаций, и микроразрушения при сверхскоростном нагру-жении начинаются в условиях упругих деформаций. Указанные факторы способствуют образованию хрупких, в том числе отколъных разрушений при импульсных лазерных и электромагнитных нагру-жениях.

Форма кривой а(е) в области малых .упруго-пластических деформаций, соответствующих зубу текучести, в большой степени зависит от длины рабочей части образца. Если начальные участки упругого деформирования в координатах нагрузка — удлинение совпадают для всех испытанных образцов независимо от их длины (свидетельство того, что податливость машины намного выше податливости рабочей части образца), то период распространения пластической деформации, связанной с зубом текучести, сокращается при уменьшении длины рабочей части образца (рис. 44). Уровень искажения в регистрации усилий и деформаций в области зуба текучести с повышением скорости деформации повышается в связи с ограниченным диапазоном частот, регистрируемых при электро-механической записи без искажения. Кривая статического деформирования (кривая 3 на рис. 44) имеет сложный характер: скорость деформации минимальна на упругом участке нагружения, резко возрастает при спаде нагрузки в области перехода от упругого к упруго-пластическому деформированию за зубом текучести, снижается до номинальной на площадке текучести, дальше снижается до величины ниже номинальной с началом упрочнения и возвращается к ней по мере понижения модуля упрочнения. В зависимости от длины образца указанные области деформирования более или менее ярко выражены.

Предположение о наличии кривой деформирования а(е), не зависящей от пути нагружения, за которую принимается кривая деформирования при статическом либо динамическом нагруже-нии с характерной для исследуемого процесса скоростью, принято в деформационной теории распространения упруго-пластических волн Кармана — Рахматулина [227]. В этом случае модуль упрочнения не зависит от пути деформирования материала и определяется только общей величиной деформации, а скорость а распространения -пластической деформации определяется модулем М(к) =да/дг; a2=VMf/p.

ти принимается еу = а/Е и в упруго-пластической области еп = = /{[сг — стст(еп)], е„}. Такое уравнение состояния не учитывает влияние на сопротивление деформации истории предшествующего нагружения. Однако рассмотрение эффектов, связанных с вязкой составляющей сопротивления, позволяет объяснить большинство наблюдаемых при экспериментальном исследовании особенностей деформирования материала как при росте нагрузки [130, 142, 279], так и при ее спаде [287]. Модуль упругости обычно принимается не зависящим от истории нагружения, хотя и наблюдается его незначительное изменение с ростом пластической деформации. Расчет распространения упруго-пластической волны возможен для такой модели материала только численными методами или с использованием приближенных аналитических представлений [148], что существенно затрудняет анализ.

состоянии материала, эквивалентная деформации е,, в плоской волне нагрузки. В этом случае скорость распространения пластической ударной волны

На основании изложенного можно сделать вывод, что изменение сопротивления материала пластическому деформированию существенно влияет на скорость распространения пластической ударной волны в области малых упруго-пластических деформаций. Скорость ударной волны равна гидродинамической только в частном случае идеальной упруго-пластической среды с нулевым упрочнением либо среды с постоянным уровнем средних напряжений аср = роепл/е в процессе деформации по реализуемому при прохождении ударной волны законе деформации. В ударной волне реализуется наиболее высокая скорость деформации при данной интенсивности волны, сохраняющаяся при распространении волны. Влияние поведения материала под нагрузкой на распространение ударной волны подтверждается численными расчетами при использовании различных реологических моделей материала [84].

Скорости распространения упругих предвестников и пластических фронтов взят;ы по результатам их определения в не зависимых друг от друга исследованиях. В отличие от обычно принятой постоянной скорости распространения пластической волны в стали,по результатам настоящего исследования она меняется в соответствии с изменением объемной сжимаемости по формуле Бриджмена [191] s,v = = (5,826 р—0,8-10~2 р2)-104, откуда гидродинамическая скорость

При упруго-пластическом деформировании материала встреча волн разгрузки (характеристики С+ и С- на рис. 107, а) приводит к широкой зоне взаимодействия. Возмущение, обусловленное нарушением сплошности материала, достигает свободной поверхности быстрее всего от области разрушения, лежащей на последней С-характеристике. Разгрузка слева нарушается появлением разрушения и, следовательно, характеристика ВВ\, проходящая через еще не разрушенный материал, ограничивает область неискаженной разгрузки. Откольный импульс нагрузки от поверхности откольного разрушения повышает массовую скорость вблизи поверхности разрушения в области выше характеристики ВВ2, в то время как на свободной поверхности вследствие различия в скорости распространения пластической разгрузки и упругой нагрузки (откольного импульса) последний смещается относительно волны разгрузки (рис. 109). Время смещения Д/ = 60тк(1/яп— —L/OO) (а„ и а0 — скорость распространения пластической разгрузки

С увеличением скорости резания растет скорость деформирования и температура на поверхности детали, которые и являются решающими факторами в образовании наклепа поверхностного слоя. Оба фактора способствуют уменьшению глубины и степени поверхностного наклепа. С увеличением скорости деформирования повышается сопротивление металла пластической деформации в зоне резания, что равносильно снижению температуры, уменьшается глубина распространения пластической деформации ниже линии среза, а следовательно, уменьшается и глубина наклепа.

Приведенные выше данные об устойчивости макронапряжений в деталях при статическом нагружении в основном полностью относятся и к динамическим условиям нагружения, если при этом скорость приложения нагрузки не превышает скорости распространения пластической деформации. В противном случае в зонах, где пластическая деформация не успеет пройти, обеспечивается устойчивость макронапряжений, несмотря на большую величину приложенной внешней нагрузки.

С увеличением частоты нагружения (скорости деформирования) время нарастания напряжения сокращается. Так, при изменении частоты нагружения от 100 до 10 000 Гц продолжительность цикла уменьшается в 100 раз и составляет 0,00005 с. При высокой частоте скорость нагружения превышает скорость распространения пластической деформации. С увеличением частоты нагружения напряжение, соответствующее определенной пластической деформации, увеличивается. За каждый цикл нагружения металл теряет меньшую долю запаса пластичности. Общее число циклов до разрушения увеличивается по сравнению с более низкой частотой повторения нагрузки.

30. Дрозд М. С., Федоров А. В. и Сидякин Ю. И. Расчет глубины распространения пластической деформации в зоне контакта тел произвольной кривизны.— «Вестник машиностроения», 1972, № 1, с. 54—57.