Главная | Обратная связь

Виды деформированного состояния

 

Пластичность металлов и сплавов помимо температуры зависит от характера напряжённого состояния. Основным признаком пластической деформации является необратимое изменение формы тела под действием внешних сил без нарушения его сплошности.

Различают три вида деформированного состояния малого объёма тел:

1. Растяжение – вдоль одной из главных осей деформации наблюдается удлинение, вдоль двух – укорочение.

Если две отрицательные деформации равны, то это деформированное состояние называется простым растяжением (рис. 1.1, а).

2. Сжатие – по одной оси – укорочение, вдоль двух – удлинение. Если две положительные деформации равны, то такое состояние называется – простое сжатие (рис. 1.1, б).

3. Сдвиг – деформирование вдоль одной оси нет, вдоль второй – укорочение, третий равное ему удлинение – это может быть чистый и простой сдвиг (рис. 1.1, в).

Чистый сдвиг – равномерное укорочение вдоль одной оси и равномерное удлинение вдоль другой перпендикулярной к

первой. Квадрат превращается в конгруэнтный ромб при неизменном объёме тела (рис. 1.1, г).

 

а) б) в)

г)

д)

Рис. 1.1. Виды деформации (а – простое растяжение, б - сжатие,

в – сдвиг, г – чистый сдвиг, д – простой сдвиг)

 

Простой сдвиг – деформация заключается в смещении всех точек тел и в направлении параллельном одной оси на расстоянии пропорционально расстоянию точки тела от этой оси в направлении второй оси (рис. 1.1, д)

1, 2 – вид деформации (растяжение, сжатие) – относится к объёму деформированного состоянию, 3 – к плоскости деформированного состояния.Розенберг А.М. предложил формулы для определения деформированного состояния. Деформирование простого сдвига рассматривал Клушин М.И. Расстояние (при простом сдвиге) называется абсолютным сдвигом. Мерой деформации простого сдвига является относительный сдвиг, равный отношению абсолютного сдвига к стороне квадрата:

.

Теоретически относительный сдвиг равен тангенсу угла наклона сторон квадрата к оси OZ,то есть .

Клушин И.И. показал, что главные истинные деформации при простом сдвиге:

,

где - главная деформация удлинения в направлении первой главной оси, алгебраически наибольшая;

- главная деформация укорочения в направлении второй главной оси, алгебраически наименьшая. При простом сдвиге она равна нулю;

- главная деформация в направлении третьей оси, алгебраически средняя.

Истинный сдвиг, равный разности истинных деформаций, равен относительному сдвигу:

.

Характерной особенностью деформации простого сдвига является не монотонность.

В процессе деформирования (напряжение при резании) – все новые волокна материального тела пересекают направляющие главных осей, получая на каждой стадии деформации максимальное удлинение и укорочение.

В теории пластических деформаций для сравнивания различных процессов деформирования пользуются так называемой интенсивностью деформаций:

.

Так как при простом сдвиге: , , то , учитывая что , то получается, что интенсивность деформации простого сдвига можно определить по формуле:

.

Удельная работа пластической деформации:

При простом сдвиге или если выражается через главное касательное напряжение, то:

или

Под воздействием определенной внешней нагрузки любые материалы изменяют свою форму. Различают следующие виды деформации:

- упругую;

- пластическую;

- деформацию раз­рушения.

Природа деформации зависит от структуры материала, величины и направления прилагаемой нагрузки, скорости дефор­мации, внешних условий (особенно температуры).

Упругая деформация

Упругая деформация может быть объяс­нена перемещениями атомов кристаллической решетки: во-первых, в результате изменения расстояния между атомными плоскостями, во-вторых, в результате скольжения атомных плоскостей отно­сительно друг друга. В условиях упругой деформации скольжение атомных плоскостей происходит на величину, которая мень­ше половины расстояния между соседними атомами. Если скольжение превысит эту величину, то электростатические силы вызовут дальнейшее движение атомов до нового положения рав­новесия, и деформация будет продолжаться. Как скольжению атомных плоскостей, так и изменению межатомных расстояний препятствуют электростатические силы положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов. При снятии внеш­ней нагрузки, вызывающей деформацию металла, электростати­ческие силы возвращают ему первоначальную форму.

Пластическая деформация

Экспериментально доказано, что при пластическом течении металла его объем не изменяется. Это объясняется природой атомной решетки. Трудно представить себе такое явление, как сжатие всех атомов под действием внеш­ней нагрузки и сохранение этого состояния после снятия нагрузки. Идеализированной моделью пластической деформации монокри­сталла является относительное скольжение атомных плоскостей. Эта модель не является реальной, и в действительности процесс скольжения включает в себя образование и перемещение дисло­каций. При этом достигается тот же результат, что и при отно­сительном скольжении целых плоскостей. Монокристаллы обла­дают свойством анизотропии; скольжение происходит вдоль вполне определенных плоскостей. Направление скольжения почти всегда совпадает с теми плоскостями, в которых атомы упакованы наиболее плотно.

Существует и несколько других плоскостей, где скольжения будут происходить по той или иной плоскости в зависимости от направления приложения нагрузки. Замечено, что перемеще­ние дислокаций вдоль плоскости скольжения сопровождается движением и в соседних плоскостях, в результате чего происхо­дит сдвиг на величину, равную многим межатомным расстояниям. Эффект появления полос скольжения объясняется существова­нием неоднородностей или других источников дислокаций, вызы­вающих возникновение большого числа дислокаций.

В реальных материалах границы зерен вносят некоторое осложнение в формирование и движение дислокаций. Дислокации, приближаясь к границе зерна, могут вызвать такое искажение кристаллической решетки, в результате которого возникнут новые дислокации в соседнем зерне. Направление движения дисло­каций будет изменяться от зерна к зерну в соответствии с измене­нием ориентации плоскостей скольжения. Как мы увидим ниже, общее направление скольжения будет приближаться к направле­нию максимального напряжения сдвига.

Проходя через отдельное зерно поликристаллического металла, дислокация встречает на своем пути сопротивление, вызываемое различными нарушениями кристаллической решетки, например, включениями посторонних атомов примесей или других дисло­каций. Явление упрочнения материала может быть объяснено увеличением внутренних напряжений, вызываемым блокировкой дислокаций у границ зерен или включений. Дальнейшее скольжение будет осуществляться только при условии увеличения внеш­ней нагрузки. Природа блокировки дислокаций весьма сложна и полностью еще не раскрыта; несомненно, что механизм блоки­ровки включает в себя взаимодействие дислокаций, проходящих по пересекающимся плоскостям. Отсюда следует, что кристалли­ческие структуры с большим числом возможных плоскостей скольжения имеют значительную склонность к упрочнению. Структуры с гексагональной упаковкой атомов отличаются тем, что скольжение в них происходит преимущественно по базовым плоскостям, поэтому металлы с гексагональной решеткой обла­дают низкой упрочняемостью. Напротив, металлы, имеющие кубическую решетку с несколькими направлениями скольжения, обычно склонны к упрочнению при их пластической дефор­мации. Впервые процесс образования стружки при резании исследовал И.А.Тиме.