ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Упругая и пластическая деформация котельных сталей из "Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов Издание 3 " В деталях котлов и трубопроводов под воздействием внутреннего давления и других нагрузок возникают напряжения, вызывающие деформацию. [c.10] Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, пластической, остающейся после снятия нагрузки. Начальные малые деформации являются всегда упругими. Только после достижения определенной упругой деформации в стали возникают остаточные явления, вызывающие пластическую деформацию. Рассмотрим несколько подробнее, что происходит в кристаллической решетке металла при его нагружении. [c.10] Обозначим через т напряжение, сдвигающее верхнюю часть кристалла относительно нижней. При нарастании атомы верхней части кристалла будут смещаться (рис. 1.1), испытывая сопротивление сил межатомного взаимодействия до тех пор, пока верхний ряд не сместится на половину параметра решетки. Далее верхняя часть кристалла самопроизвольно начнет перемещаться вправо в следующее возможное устойчивое положение равновесия каждый атом верхнего ряда будет стремиться занять место напротив атома нижнего ряда, но на один параметр решетки правее. [c.10] Для чистого железа G == 69 ООО МПа, т р = 11 ООО МПа. [c.11] Долгое время причину расхождения между теорией и экспериментом установить не удавалось. Разгадка была найдена на основе использования представлений о наличии дислокаций в металлах. Рассмотрим эти представления. В реальном кристалле имеются дислокации. Сдвиг развивается не синхронно, а последовательно, путем перемещения дислокации (рис. 1.1). [c.11] В верхней части кристалла, расположенной выше линии АА, имеется лишняя плоскость, заполненная атомами (линейная дислокация). Под действием приложенного напряжения дислокация перемещается, пока не выйдет на поверхность кристалла. Для перемещения дислокации требуется напряжение на несколько порядков меньшее, чем для синхронного сдвига. [c.11] Бездислокационные монокристаллы очень малых размеров — так называемые усы — получены осаждением из паров. Сопротивление их сдвигу и прочность близки к теоретической величине. Получение бездислокационных кристаллов послужило подтверждением теории дислокаций. К сожалению, пока нельзя получать металл, свободный от дислокаций, в количестве, которое можно было бы использовать в промышленных масштабах. [c.11] В процессе пластической деформации происходит генерирование дислокаций в результате их взаимодействия друг с другом и с препятствиями. [c.11] Под действием все возрастающего напряжения дислокация выгибается, пока не превратится в полуокружность (рис. 1.2, б). Далее дислокация начинает самопроизвольно растекаться (как показано стрелками на рис. 1.2, в. г), образуя петлю. Этот процесс может идти даже при убывающей величине т. Когда левая и правая части петли встретятся, образуются две дислокации одна, закрепленная на препятствиях О и О, другая — свободно перемещающаяся (рис. 1.2, д). Если вторая дислокация на своем пути не встретит препятствий, то она выйдет на поверхность кристалла, в результате чего произойдет элементарный акт пластической деформации. [c.12] Если генерируемые дислокации встретят препятствия, то они будут заторможены. Следующая петля, образовавшаяся около рассмотренного ранее источника Франка Рида, встретит на своем пути не просто препятствие, как первая, а препятствие с осевшей па нем дислокацией. Для преодоления такого препятствия потребуется большее напряжение сдвига. Вследствие этого металл упрочнится. [c.12] Явление упрочнения металла под влиянием пластической деформации называется наклепом. [c.12] На рис. 1.3 показана микроструктура технически чистого железа, подвергнутого деформации при растяжении. Пластическая деформация происходит путем сдвига части зерна относительно других его частей. В одном зерне деформация распространяется по нескольким плоскостям скольжения. На поверхности микрошлифа они образуют ступеньки, называемые линиями сдвига. [c.12] Как известно, кристаллы металла анизотропны, т. е. многие их свойства зависят от направления по отношению к кристаллической решетке. Это следствие различной плотности упаковки атомов в различных кристаллографических плоскостях. [c.13] Сдвиг в кристаллической решетке происходит, как правило, по плоскостям с наиболее плотной упаковкой атомов. Поэтому линии сдвига практически параллельны. [c.13] Сопротивление сдвигу, временное сопротивление и относительное удлинение в монокристалле зависят от направления. Однако металлические элементы состоят из бо.тьшого количества кристаллических зерен. Например, в I см стального проката содержатся десятки тысяч зерен. Все они ориентированы в пространстве произвольно. Хотя в каждом кристаллите свойства зависят от кристаллографического направления, в металлическом изделии свойства в любом направлении практически одинаковы. Это объясняется тем, что в любом направлении оказывается приблизительно равное число зерен, ориентированных вдоль этого направления осями наибольшей и наименьшей прочности и наибольшей и наименьшей пластичности. [c.13] На рис. 1.4, б показана микроструктура нержавеющей хромоникелевой стали, на которой хорошо видны прямые темные границы двойников — плоскости двойникования. [c.14] При деформации реального кристаллита процессы скольжения и двойникования могут происходить одновременно и влиять друг на друга. При скольжении происходит непрерывное и устойчивое накопление пластической деформации при двойниковании пластическая деформация накапливается скачком. [c.14] Пластическая деформация приводит к изменениям структуры металла, которые можно наблюдать под микроскопом. При больших степенях пластической деформации происходит дробление блоков, а затем и зерна. Зерна вытягиваются в направлении деформации и поворачиваются в этом направлении осями наибольшей прочности. [c.15] Если структура металла состоит из составляющих различной прочности, то пластическая деформация развивается сначала в менее прочной составляющей. При больших степенях пластической деформации в металле образуются трещины. [c.15] Вернуться к основной статье