Упругая и пластическая деформация. Деформации пластические

Пластическая деформация

Деформация представляет собой процесс, при котором под воздействием приложенных к телу нагрузок изменяется его размер и форма. Процесс изменения может быть двух видов. К первому относится обратимая (упругая), ко второму – остаточная (пластическая) деформация.

Первый тип представляет собой процесс, при котором после устранения нагрузки тело приходит в свою первоначальную форму. При этом изменяется расстояние между атомами в пределах параметров кристаллической решетки.

Пластическая деформация представляет собой процесс, при котором тело после устранения нагрузки не восстанавливает первоначальную свою форму. Такое изменение сопровождается значительным смещением частей кристалла по отношению друг к другу на расстояние, превышающее расстояние в кристаллической решетке между атомами.

Пластическая деформация всегда следует за упругой. В результате, общее изменение в момент воздействия нагрузки включает два процесса – обратимый и остаточный.

Деформация металлов имеет большое практическое значение. Это связано, в первую очередь, с тем, что обработка материала давлением основывается на процессах изменения формы и размера заготовок. Вместе с этим, появляющееся внутреннее напряжение оказывает влияние на физико-химические и механические свойства материала.

Пластическая деформация металлов (ее характер и величина) зависит от пластичности материалов. Это свойство может быть оценено в процессе относительного сужения или удлинения образцов при испытании на растяжение. Характеристики пластичности металлов включают также показатель ударной вязкости. Это свойство показывает работу разрушения в процессе сгибания надрезанного образца по отношению к площади сечения участка надреза.

Пластичность материала повышается с увеличением разницы между пределом текучести и прочности. Пластическая деформация в хрупких материалах практически не возникает. В связи с тем, что у них показатель предела текучести приближен к уровню предела прочности, разрушаются они достаточно быстро. Так происходит, например, со стеклом, фарфором, чугуном, горными породами. Между тем, нагрев металла до высокой температуры приводит к тому, что показатель предела прочности практически совпадает со значением предела текучести.

Остаточное изменение материала поликристаллической структуры имеет некоторые особенности в сравнении с этим же процессом у тела монокристаллического. Холодная пластическая деформация складывается из изменения формы и размера отдельных зерен и изменением в приграничных объемах. При том, что отдельные зерна подвергаются деформации двойникованием и скольжением, их взаимная связь и множественность в поликристаллическом теле вносят некоторые особенности в процесс.

В связи с тем, что плоскости скольжения ориентированы в пространстве произвольно, сам процесс будет происходить по-разному. Первыми начинают деформироваться те зерна, плоскости скольжения которых подвергаются максимальным касательным напряжениям. При этом близлежащие элементы будут постепенно вовлекаться в процесс. Деформация изменяет их форму – они становятся вытянутыми по направлению к течению металла наибольшей интенсивности (вдоль, относительно направления деформации).

Таким образом, материал приобретает строение волокнистое. Вытянутые неметаллические включения являются причиной разности в свойствах волокон поперек и вдоль. Изменение формы зерен сопровождается изменением ориентировки кристаллических решеток в пространстве. После того, как большинство элементов будут иметь одинаковую ориентировку, сформируется текстура деформации.

fb.ru

19.Упругая и пластическая деформация.

Деформация – это изменение формы и размеров тела, деформация может вызываться воздействием внешних сил, а также другими физико-механическими процессами, которые происходят в теле. К деформациям относятся такие явления, как сдвиг, сжатие, растяжение, изгиб и кручение.Упругая деформация – это деформация, которая исчезает после снятия нагрузки. Упругая деформация не вызывает остаточных изменений в свойствах и структуре металла; под действием приложенной нагрузки происходит незначительное обратимое смещение атомов.При растяжении монокристалла возрастают расстояния между атомами, а при сжатии атомы сближаются. При смещении атомов из положения равновесия нарушается баланс сил притяжения и электростатического отталкивания. После снятия нагрузки смещенные атомы из-за действия сил притяжения или отталкивания возвращаются в исходное равновесное состояние и кристаллы приобретают первоначальные размеры форму.Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся после снятия нагрузки.Самое малое напряжение вызывает деформацию, причем начальные деформации являются всегда упругими и их величина находится в прямой зависимости от напряжения. Основными механическими свойствами являются прочность, пластичность, упругость.Важное значение имеет пластичность, она определяет возможность изготовления изделий различными способами обработки давлением. Эти способы основаны на пластическом деформировании металла.

Материалы, которые имеют повышенную пластичность, менее чувствительны к концентраторам напряжений. Для этого проводят сравнительную оценку различных металлов и сплавов, а также контроль их качества при изготовлении изделий.Физическая природа деформации металловПод действием напряжений происходит изменение формы и размеров тела. Напряжения возникают при действии на тело внешних сил растяжения, сжатия, а также в результате фазовых превращений и некоторых других физико-химических процессов, которые связанны с изменением объема. Металл, который находится в напряженном состоянии, при любом виде напряжения всегда испытывает напряжения нормальные и касательные, деформация под действием напряжений может быть упругой и пластической. Пластическая происходит под действием касательных напряжений.

Упругая – это такая деформация, которая после прекращения действия, вызвавшего напряжение, исчезает полностью. При упругом деформировании происходит изменение расстояний между атомами в кристаллической решетке металла.С увеличением межатомных расстояний возрастают силы взаимного притяжения атомов. При снятии напряжения под действием этих сил атомы возвращаются в исходное положение. Искажение решетки исчезает, тело полностью восстанавливает свою форму и размеры. Если нормальные напряжения достигают значения сил межатомной связи, то произойдет хрупкое разрушение путем отрыва. Упругую деформацию вызывают небольшие касательные напряжения.Пластической называется деформация, остающаяся после прекращения действия вызвавших ее напряжений. При пластической деформации в кристаллической решетке металла под действием касательных напряжений происходит необратимое перемещение атомов. При небольших напряжениях атомы смещаются незначительно и после снятия напряжений возвращаются в исходное положение. При увеличении касательного напряжения наблюдается необратимое смещение атомов на параметр решетки, т. е. происходит пластическая деформация.

При возрастании касательных напряжений выше определенной величины деформация становится необратимой. При снятии нагрузки устраняется упругая составляющая деформации. Часть деформации, которую называют пластической, остается.При пластической деформации необратимо изменяется структура металла и его свойства. Пластическая деформация осуществляется скольжением и двойникованием.Скольжение в кристаллической решетке протекает по плоскостям и направлениям с плотной упаковкой атомов, где сопротивление сдвигу наименьшее. Это объясняется тем, что расстояние между соседними атомными плоскостями наибольшее, т. е. связь между ними наименьшая. Плоскости скольжения и направления скольжения, лежащие в этих плоскостях, образуют систему скольжения. В металлах могут действовать одна или одновременно несколько систем скольжения.Металлы с кубической кристаллической решеткой (ГЦК и ОЦК) обладают высокой пластичностью, скольжение в них происходит во многих направлениях.Процесс скольжения не следует представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой, оно осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций. Перемещение дислокации в плоскости скольжения ММ через кристалл приводит к смещению соответствующей части кристалла на одно межплоскостное расстояние, при этом справа на поверхности кристалла образуется ступенька.

studfiles.net

Пластическая деформация - это... Что такое Пластическая деформация?

Диаграмма, показывающая зависимость между силой приложенного усилия и деформацией пластичного металла.

Деформа́ция (от лат. deformatio — искажение) — изменение относительного положения частиц тела, связанное с их перемещением. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое напряжение.

Деформации разделяют на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают[1], а пластические остаются после окончания действия приложенных сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия; в основе пластических — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия.

Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности, при холодном деформировании повышается прочность.

Виды деформации

Наиболее простые виды деформации тела в целом:

В большинстве случаев наблюдаемая деформация представляет собой несколько деформаций одновременно. В конечном счёте, однако, любую деформацию можно свести к 2 наиболее простым:

Изучение деформации

Деформация тела вполне определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки. Деформация твёрдых тел в связи со структурными особенностями последних изучается физикой твёрдого тела, а движения и напряжения в деформируемых твёрдых телах — теорией упругости и пластичности. У жидкостей и газов, частицы которых легкоподвижны, исследование деформации заменяется изучением мгновенного распределения скоростей.

Причины возникновения деформации твёрдых тел

Деформация твёрдого тела может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения, намагничивания (магнитострикционный эффект), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил.

Упругая и пластическая деформация

Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки, и пластической, если после снятия нагрузки она не исчезает (во всяком случае полностью). Все реальные твёрдые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, то есть не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела.

Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. При неизменной приложенной к телу нагрузке деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и последействие упругое. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах.

Сплошность

В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как "сплошные". Сплошность, то есть способность заполнять весь объём, занимаемый материалом тела без всяких пустот является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам. Понятие сплошности относится также к элементарным объёмам, на которые можно мысленно разбить тело. Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объёмов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния.

Простейшая элементарная деформация

Простейшей элементарной деформацией является относительное удлинение некоторого элемента:

где

• l1 — длина элемента после деформации;
• l — первоначальная длина этого элемента.

На практике чаще встречаются малые деформации, так что e << 1.

Измерение деформации

Измерение деформации производится либо в процессе испытания материалов с целью определения их механических свойств, либо при исследовании сооружения в натуре или на моделях для суждения о величинах напряжений. Упругие деформации весьма малы, и измерение их требует высокой точности. Наиболее распространённый метод исследования деформации — с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются тензодатчики сопротивления, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеновский структурный анализ. Для суждения о местных пластических деформациях применяют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком и т. д.

Примечания

1. ↑ Теоретически упругие деформации исчезают, но практически они частично остаются и накапливаются.

Литература

• Работнов Ю. Н., Сопротивление материалов, М., 1950;
• Кузнецов В. Д., Физика твердого тела, т. 2-4, 2 изд., Томск, 1941-47;
• Седов Л. И., Введение в механику сплошной среды, М., 1962.

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Упругая и пластическая деформация | Учебные материалы

Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием приложенных сил.

Внешние и внутренние силы приводят к возникновению в сечении тела напряжений.

Напряжением называется сила, приходящаяся на единицу площади сечения тела.

Под действием осевых растягивающих сил Р (рисунке 13) в плоскости m-n действуют нормальные растягивающие напряжения:

σ = P/F (H/м2 , МПа, кгс/мм2),

где F -площадь поперечного сечения.

В произвольно выбранной плоскости mi-ni площадь сечения Fa=F/Сos a, действующая сила в этом сечении Рa=Р × Cos a, нормальные напряжения

σa = Pa / Fa = σ × Cos2a, касательные напряжения τa=1/2 × σ × Sin2a.

Касательные напряжения τa, обращаясь в нуль в продольных и поперечных сечениях, имеют наибольшее значение на площадях, наклоненных под углом 450 к оси растянутого стержня: τmax = σ/2.

Рисунок 13 — Схема образования растягивающих нормальных (σ) и касательных (τ) напряжений

Деформация металла под действием напряжений может быть упругой и пластической.

Упругой называется деформация, полностью исчезающая после прекращения действия вызвавших ее напряжений.

Она не вызывает заметных остаточных изменений в структуре и свойствах металла, происходит незначительное по величине и обратимое изменение расстояний между атомами в кристаллической решетке металла (рисунке 14). С увеличением межатомных расстояний значительно возрастают силы взаимного притяжения атомов. При снятии напряжений под действием сил притяжения атомы возвращаются в исходное положение и упругая деформация исчезнет. Нормальные напряжения могут вызвать только упругую деформацию.

а- ненапряженная решетка; б- упругая деформация;

в, г- хрупкое разрушение путем отрыва

Рисунок 14 — Схема упругой деформации и хрупкого разрушения:

Если нормальные напряжения достигают величины сил межатомной связи, то произойдет хрупкое разрушение путем отрыва.

Пластической, или остаточной, называется деформация, остающаяся после прекращения действия сил, вызвавших ее.

В кристаллической решетке металла (рисунок 15) происходит необратимое перемещение атомов. После снятия напряжений в теле наблюдается остаточное изменение формы и размеров, причем сплошность тела не нарушается.

а- ненапряженная решетка; б- деформация под действием касательных напряжений; в- пластическая деформация, напряжения сняты;

г- вязкое разрушение путем среза; mm- плоскость сдвига (среза)

Рисунок 15 — Схема пластической деформации вязкого разрушения под действием касательных напряжений

Необратимое смещение атомов на параметр решетки происходит под действием касательных напряжений. В кристаллической решетке сдвиг (скольжение) происходит по плоскостям и в направлениях с наиболее плотной упаковкой атомов. Эти плоскости называются плоскостями сдвига, или скольжения. Чем больше элементов сдвига в решетке, тем выше пластичность металла. Наиболее легкий сдвиг по этим плоскостям и направлениям объясняется тем, что при этом величина перемещения атомов из одного устойчивого равновесного положения в узле решетки в другое такое же положение будет минимальной, а следовательно, необходимое касательное напряжение — наименьшим. В результате развития пластической деформации происходит разрушение путем среза.

Для одновременного перемещения атомов в плоскости сдвига требуется очень большое напряжение, которое в сотни и тысячи раз превышает реальное сопротивление сдвигу (таблица 1).

Таблица 1 — Теоретическое и реальное сопротивление сдвигу для пластической деформации некоторых металлов

Расхождения между теоретическим и реальным сопротивлением сдвигу, или между теоретической и реальной прочностью при пластическом деформировании, было объяснено дислокационным механизмом пластической деформации. Для перемещения дислокаций (рисунок 16) требуется лишь незначительное перемещение атомов, и пластическая деформация совершается при небольшой величине касательных напряжений, что и соответствует экспериментальным данным.

При выходе дислокации на поверхность металла она перестает существовать, но процесс пластической деформации сопровождается не только движением дислокаций, но и их зарождением. Источниками новых дислокаций могут быть вакансии, дислоцированные атомы, границы блоков и зерен, сами дислокации, не способные перемещаться.

Пластическая деформация поликристалла принципиально идет по тому же механизму, что и рассмотренного выше монокристалла, но имеет некоторую особенность. В поликристаллическом металле зерна, а следовательно, и плоскости легкого скольжения имеют разную ориентировку.

в б а

а – начало движения дислокации; б – промежуточное положение; в — выход дислокации на поверхность металла

Рисунок 16 — Схема движения дислокации под действием касательных

напряжений

Вследствие влияния соседних зерен деформирование каждого зерна не может совершаться свободно и начнется, когда напряжения превысят предел упругости. Сначала пластическая деформация может происходить лишь в отдельных зернах, у которых плоскости легкого скольжения совпадают с направлением максимальных касательных напряжений (под углом 450 к направлению приложенных сил). Кроме сдвига происходит и поворот частей зерна. При повороте плоскостей сдвиг облегчается. Смещение и поворот зерна приводит к повороту других зерен, в которых начинается процесс пластической деформации (рисунок 17).

В результате сдвигов и поворота плоскостей скольжения зерно (рис. 18, а) постепенно вытягивается в направлении растягивающих сил и образуется характерная ориентированная волнистая структура (рисунок 18, б), которая называется текстурой. В этом состоянии металл имеет резко выраженную анизотропию свойств, т.е. неоднородность свойств вдоль и поперек волокон. Так, вдоль волокон металл прочнее, чем в поперечном направлении.

Рисунок 17 — Схема возможных направлений плоскостей сдвига в зернах металла а — до деформации; б — после формации

Рисунок 18 — Схема пластической деформации зерна и изменение микроструктуры металла

dprm.ru

Упругая и пластическая деформация, теория и примеры

Определения. Упругая и пластическая деформация

Деформация в твердом теле называется упругой, если она пропадает после того, как нагрузку с тела сняли. Если , то такая деформация считается малой. У большинства твердых тел при малых деформациях проявляются упругие свойства.

Одни и те же тела могут быть упругими и пластичными, это зависит от характера деформации. Так при увеличении нагрузки свыше некоторого предела упругие деформации могут переходить в пластические.

В твердых телах при деформации частицы, которые находятся узлах кристаллической решетки, смещаются из положений равновесия. Такому смещению мешают силы, с которыми взаимодействуют частицы твердого тела между собой. Если деформация является упругой, то в кристаллах атомы смещаются незначительно. При пластических деформациях смещения атомов могут быть в несколько раз больше, чем расстояния между ними. При этом нарушения всей кристаллической структуры тела нет. Только некоторые слои кристаллической решетки проскальзывают относительно друг друга. Кроме того, проскальзывание атомных слоев идет не одновременно по всему объему, а может начинаться только с некоторых частей тела.

Прочность и хрупкость

Рассмотрим стержень, который проявляет упругие свойства. Его удлинение будет пропорционально приложенной деформирующей силе. Выполняется закон Гука. Будем увеличивать силу, которая растягивает рассматриваемое тело. Стержень будет изменять свою длину необратимо, то есть упругая деформация перейдет в пластическую. Если теперь снять нагрузку стержень не восстановит полностью свою длину. При еще большем растяжении тело порвётся, то есть произойдет его разрушение.

Прочностью называют свойство твердого тела выдерживать воздействие внешних сил без разрушения. В том случае, если тела разрушаются при внешних воздействиях без стадии пластической деформации, то они называются хрупкими.

Пластические свойства металлов при увеличении температуры растут, что учитывают при их обработке. Именно поэтому перед тем как ковать или штамповать из них изделия металлы нагревают до высоких температур.

Предел упругости. Текучесть материала. Коэффициент запаса прочности

Малые деформации подчиняются закону Гука. Максимальное напряжение (), при котором еще можно считать, что закон Гука выполняется, называют пределом пропорциональности. Если нагрузку увеличивать и перейти предел пропорциональности, то зависимость между приложенной к телу деформирующей силой и удлинением становится нелинейной. Однако, даже при нелинейных деформациях после снятия нагрузки форма и размеры тела восстанавливаются почти полностью. При этом пределом упругости () называют максимальное напряжение, при котором еще остаточные деформации не являются существенными. Предел упругости больше, чем предел пропорциональности не более, чем на 0,33\%. Часто эти величины считают равными ().

Если нагрузку увеличивать и далее, то за пределом упругости при некотором значении напряжения удлинение будет возрастать почти без увеличения нагрузки. Это и есть текучесть материала.

Максимальное напряжение, которое выдерживает тело без разрушения называют пределом прочности (). Величина предела прочности зависит от свойств материала и способа его обработки.

Напряжения, которые составляют только часть предела прочности материала, называют допустимыми (). Величина (n), равная:

называется коэффициентом запаса прочности. Величину n выбирают в зависимости от качества материала, характера нагрузки, степени опасности разрушений и т.д. Обычно запас прочности устанавливается от 1,7 до 10. Выбирая запас прочности, определяют допустимое напряжение.

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Пластическая деформация

Влияние пластической деформации на структуру и механические свойства металлов и сплавов

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием внешних усилий. Различают упругую деформацию, которая исчезает после снятия нагрузки, и пласти­ческую, которая остается после окончания действия приложен­ных сил.

При пластическом деформировании меняется не только внешняя форма металлического тела, но и его структура, а это влечет за собой изменение механических свойств. Под действием внешних усилий первоначально округлые зерна вытягиваются в направле­нии пластического течения и при больших степенях деформации могут принять форму волокон

а б

Рис1 . Структура металла до деформации (а) и после (б)

Происходят изменения и во внутреннем строении каждого зер­на, которое представляет собой совокупность огромного числа элементарных кристаллических ячеек и содержит дефекты кристал­лического строения в виде вакансий, инородных атомов и дисло­кации. Наибольшее влияние на изменения в структуре и свойствах металлов оказывают дислокации. Пластическая деформация осущест­вляется путем скольжения одних атомных плоскостей относительно других, для чего затрачивается энергия внешних сил. Если в плоскости скольжения имеются дислокации, то затраты энергии на деформирование снижаются в десятки раз, т.к. благодаря им перескок огромного числа атомов, находящихся в плоскости скольжения, из своих узлов в соседние совершается не одновре­менно, а последовательно (эффект домино). Пластическое течение в этом случае осуществляется легко, пластичность металла высо­кая. В процессе деформирования происходит размножение дислока­ции за счет работы источников Франка-Рида, вследствие чего по­вышается их плотность ρ - суммарная длина дислокации в единице объема (см/см3). Если в отожженном металле плотность дислокации составляет ρ≈106 – 108 см-2, то в холоднодеформированном при больших степенях деформаций она может дости­гать значения ρ= 1012 см-2. При такой плотности дислокациям становится тесно, они блокируют друг друга и их подвижность многократно снижается. По этой причине снижается пластичность металла и растет его прочность (рис. 2).

Рис. 2. Влияние пластической деформации на механические свойства сплава АМг5 (при t=20вС)

Это явление получило название наклеп. При наклепе металл поглощает часть (10-15%) энергии, затраченной на деформирование, становится энергетически более напряженным. Этим объясняется изменение его физических и химических свойств:

понижение коррозионной стойкости, повышение электросопротив­ления.

Превращения в наклепанном металле при нагреве. Изменения его структуры и свойств

Наклепанный металл термодинамически неустойчив, стремит­ся возвратиться в первоначальное, равновесное состояние, вос­становить свою структуру и свойства. При низких температурах (не более 0,1 Тпл) этот процесс затруднен и наклепанное состо­яние может сохраняться довольно долго.

При нагреве пластически деформированного металла сообща­емая ему тепловая энергия повышает амплитуду колебаний ато­мов, вследствие чего повышается их диффузионная подвижность. При невысоком нагреве (0, 2 - 0,3 Тпл) за счет активизации процессов самодиффузии происходит перераспределение точечных и линейных дефектов в каждом зерне. Часть из них перемещается на границы зерна, часть аннигилирует, а часть перестраивается, образуя дислокационные стенки, т. е. границы субзерен. Уменьшение общей плотности дефектов строения, снижение внутренних напряжений сопровождается незначительным (на 10 - 15% от наклепанного) снижением прочностных свойств при одновременном повышении пластичности. Заметных изменений микроструктуры при таком нагреве не происходит (рис. 13. 3).

При более высоком нагреве (0,3 - 0,4 Тпл) поисходит рез­кое изменение микроструктуры и механических свойств. На базе вытянутых в направлении деформирования зерен (волокон) зарож­даются и вырастают новые равноосные зерна с меньшим количест­вом дефектов. Это явление носит название рекристаллизации. Размер рекристаллизованных зерен значительно зависит от степени предшествующей пластической деформации. Как видно на рис. 13.4, он может оказаться больше или меньше первоначального. Объясняется это явление тем, что при малых (5 - 15%) деформациях возникает мало зародышей рекристал­лизации и зерна вырастают очень крупными. Такую степень дефор­мации называют критической (εкр). При дальнейшем увеличении степени деформации размер рекристаллизованных зерен умень­шается. Величина зерна оказывает большое влияние на свойства металла. Мелкозернистый металл обладает повышенной прочностью и вязкостью (стойкостью к удару). Если степень деформации очень мала (меньше εкр), малы искажения решетки, исходные границы между зернами не разрушены и рекристаллизации не проис­ходит.

Во время рекристаллизации происходит снижение плотности дислокации до первоначального (106 - 118см-2 ) уровня и высвобо­ждается накопленная в процессе холодной пластической деформа­ции энергия. Наклеп практически полностью снимается, и пластич­ность металла восстанавливается (рис. 3). Наименьшую темпе­ратуру начала рекристаллизации называют температур­ным порогом рекристаллизации. Для технически чистых металлов она составляет около 0, 4 Тпл, для очень чистых метал­лов до 0,1 - 0, 2 Тпл, а для сплавов возрастает до 0, 5 - 0, 6 Тпл. Чтобы обеспечить полноту снятия наклепа и высокую скорость процесса рекристаллизации, деформированный металл нагревают на 150 - 200 градусов выше порога рекристаллизации. Термическая обработка, которая проводится с целью снятия наклепа и восстановления пластичности деформированного металла называется рекристаллизационным отжигом

Если пластическую деформацию проводить выше порога рек­ристаллизации, то процессы наклепа и рекристаллизация будут протекать одновременно, в результате чего в деформированном металле остаточного наклепа может не быть. Такую деформацию называют горячей.

Рис. 3. Схема изменения свойств и структуры наклепанного металла при нагреве:

I - возврат; П - первичная рекристаллизация;

Ш - собирательная рекристаллизация; IV - вторичная рекристаллизация;

а - наклепанный металл; б - начало первичной рекристаллизации; в - завершение первичной рекристаллизации; г - собирательн ая рекристаллизация; д - вторичная рекристаллизация д - вторичная рекристаллизация

0 10 20 30 40 50 60

Относительная деформация, %

Рис. 13. 4. Влияние степени холодной деформаций на вели­чину зерна при рекристаллизации:

α0 - размер исходного зерна

Во время длительной выдержки при температуре выше порога рекристаллизации будет происходить рост одних рекристаллизо-анных зерен за счет других. Это явление носит название со­бирательной рекристаллизации (рис. 13. 3, г), а его движущей силой является стремление металла как термодинамиче­ской системы, к снижению уровня зернограничной энергии. Круп­нозернистый металл имеет меньшую суммарную поверхность границ, чем мелкозернистый, поэтому и уровень свободной энергии у него меньше.

studfiles.net

Пластическая деформация, теория и примеры

После снятия с упругого тела нагрузки оно полностью восстанавливает свои размеры и форму, то есть возвращается в исходное состояние.

Пластичность противоположна упругости. При пластической деформации тело получает деформацию, которая зависит не только от конечной величины приложенной силы, но и от порядка ее приложения. При пластической деформации тело, после удаления деформирующей силы не возвращается в первоначальное состояние. Деформации, вызванные внешними силами, сохраняются полностью или частично.

Свойства упругости и пластичности являются относительными. Так, если стальную пружину сжать с небольшой силой, то после снятия силы, она восстановится полностью, если же к ней приложить большое усилие, то деформация может полностью не восстановиться. Получается, что деформации являются упругими до некоторого предела, при переходе через который становятся пластическими. Следует отметить, что в то же время любое пластическое тело может восстанавливать часть своей деформации. Это означает, что совместно с пластичностью обладает свойством упругости.

Теория пластичности была создана существенно позднее, чем теория упругости. Она изучает поведение тел в области пластических деформаций.

Пластическая деформация металлов

В том случае, если напряжения, действующие на металл невелики, то после снятия нагрузки металлические тела восстанавливают полностью свои размеры и форму. Если говорить точно, то часто даже небольшие нагрузки могут вызвать в металлах небольшую пластическую деформацию. При дальнейшем увеличении деформирующей силы пластическая деформация увеличивается вплоть до разрушения металла.

Эмпирические наблюдения показали, что пластическая деформация в металлах происходит, как скольжения и двойникование. Допустим, что в исходном состоянии мы имели дело с кубическим кристаллом. При деформации кристалла путем скольжения после того, как нагрузка приложена, под действием сдвигающих напряжений кристалл деформируется упруго, при этом ячейки решетки приобретают форму ромбов, расстояния между горизонтальными плоскостями уменьшается. Если нагрузка растет, то сдвигающие напряжения увеличиваются. После того, как происходит смещение верхней части кристалла по отношению к нижней, на расстояние равное расстоянию между атомами, касательное напряжение называют критическим напряжением сдвига. Если после того, как сняли нагрузку, ячейки не примут первоначальную форму, то произошла пластическая деформация.

Если смещение верхней части кристалла достигло одного расстояния между атомами, то происходит разрыв и мгновенное восстановление связей между атомами, которые разделены плоскостью скольжения. Пластическая деформация путем двойникования происходит как скольжение, которое включает одновременно несколько плоскостей, которые смещаются относительно друг друга по определенным закономерностям. Эти закономерности заключены в том, что любая атомная плоскость, которая является параллельной плоскости двойникования, будет смещена по отношению к соседней, на половину расстояния между атомами в направлении двойникования. Тип решетки кристалла определяет плоскости и направления скольжения и двойникования. Направление скольжения всегда идет по направлению в решетке кристалла с максимальной плотностью атомов.

Длительность действия нагрузки может влиять на процесс пластической деформации металла. При длительном воздействии нагрузки (около тысячи часов) пластическая деформация может быть обнаружена при малых напряжениях. Роль времени в деформации увеличивается при высоких температурах, вследствие высокой диффузионной подвижности атомов.

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

• 
  Элементы подвески автомобиля
• 
  Мерседес атего 1223
• 
  Мойка для агрегатов и деталей
• 
  Очистка двигателя
• 
  Охладители воздуха
• 
  Маз 6430а8
• 
  Ремонт коробки передач уаз
• 
  Ремонт кранов грузоподъемных
• 
  Кран кабельный
• 
  Железнодорожные краны
• 
  Схема управления двигателем постоянного тока схема