ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Распределение напряжений в среде с неоднородной пластичностью из "Жесткость и прочность стальных деталей " Рассмотрим структуру металла, в которой имеются слон с раз-Л11 Ч1юй деформируемостью при определенном направлении действу-юн1нх напряжен 1н. В связи с наклоном кристаллографических плоскостей каждый элемент такой структуры будет обладать различной способностью к пластической деформации, и на границах рассматриваемых плоскостей обязательно будет происходить повышение местных напряжений до тех пор, пока там не появится первая микротрещина (рис. 128). [c.165] Так как каждый из однородных элементов внутри зерен металла состоит из большого числа атомов, то при анализе распределения напряжений и деформаций в местах соединения элементов можно пользоваться формулами классической теории упругости [123]. [c.165] Если соединить две пластинки единичной ширины и предположить, что на поверхность раздела действуют силы сцепления, то при нагружении такой системы касательным напряжением, как показано на рис. 129, предельная нагрузка для соединения увеличивается значительно медленнее, чем длина пластинок. Или, иначе говоря, при увеличении длины пластинок среднее предельное касательное напряжение понижается. Отсюда следует, что при увеличении длины поверхности контакта увеличивается неравномерность распределения касательного напряжения по этой поверхности с увеличением концентрации напряжений у краев пластинок. При повышении напряжения наступает момент, когда силы сцепления пластинок преодолеваются. [c.165] Из приведенной формулы следует, что при увеличении размера с субзерен концентрация напряжений у границ субструктуры при данной деформации увеличивается. Для случая переменной нагрузки при расстоянии между плоскостями скольжения при пластической деформаци , соответствующей пределу прочности, порядка 10 см и размере с 10 см 10 мк коэффициент концентрации напряжений может быть порядка 10 , что соответствует значительному снижению прочности в рассматриваемых условиях. [c.168] Если пластические деформации распределяются в объеме монокристаллического образца неравномерно и развиваются по сложному закону и если наличие внутренних дефектов оказывает влияние на строение кристаллической решетки металлов, то деформация зерен поликристаллов технических материалов происходит в еще более сложных условиях. В данном случае нeoбxoди ю прежде всего учитывать влияние границ зере г иа деформацию зерен и влияние различного наклона кристаллографических плоскостей в отдельных зернах по отношению к направлению действующих напряжений (рис. 130). Необходимо также учитывать такие факторы, как сложная структура и текстура поликристаллических материалов, различный химический состав зерен и различие в структуре материала в зонах вдоль границ и во внутренней части зерен. [c.168] При статическом нагружении стержня растягивающей силой напряжение от внешней нагрузки распределяется по поперечному сечению стержня приблизительно равномерно, если не учитывать условий нагружения очень тонкого поверхностного слоя материала. [c.168] При испытании на растяжение пластическая деформация с увеличением внешней нагрузки прежде всего возникает на поверх- юсти образца, где сопротивление деформации зерен является наименьшим, однако в дальнейшем деформация быстро распространяется на все сечение стержня. Так как в поперечном сечении образца стандартных размеров находится большое число зерен с произвольно ориентированными кристаллографическими плоскостями, то при нагружении такого образца растягивающей нагрузкой пластические макродеформацин получаются такими же, как если бы образец был изготовлен из однородного пластичного материала. [c.168] Однако если бы различие в величине деформаций объяснялось одной только разницей в ориентировке кристаллографических плоскостей, то точки возникновения первых пластических деформаций были бы произвольным образом распределены по поверхности образца, в котором во всех точках поверхности действует одинаковое максимальное макронапряжение а 1ах- Фактически это наблюдается только в начальной стадии процесса, когда возникают первые признаки пластической деформации. [c.169] Рассмотрим совместную деформацию трех смежных зон, из которых средняя испытывает пластические деформации, а обе крайние находятся в упругом состоянии. Поведение этих зон можно исследовать по аналогии с системой из трех стержней, соединенных, как показано на рис. 132, а, и нагруженных общей внешней нагрузкой Р. [c.170] Примем, что стержни изготовлены из одного и того же материала, например феррита, и имеют один и тот же предел текучести. Естественно, усилия в стержнях будут неодинаковы. С другой стороны, рассматриваемые три зоны, выделенные в объеме поликристаллического материала, работают при одном и том же напряжении, но имеют различное сопротивление пластической деформации. [c.170] После удаления внешней нагрузки боковыг стержни стремятся сократиться до первоначальной длины и сжимают средний стержень. В то же время в боковы.к стержнях появляется растягивающее напряжение, играющее роль, /г п остаточного напряжения в системе. [c.172] При увеличении внешней нагрузки описанная разница в значениях остаточных напряжений постепенно уменьшается, и при пластической деформации распределение напряжений становится более равномерным. При деформационном упрочнении твердость отдельных зерен или их групп увеличивается с одновременным увеличением сопротивления дальнейшей пластической деформации. [c.172] Таким образом, в начале пластической деформации распределение макронапряжений становится более равномернылг, однако распределение деформаций становится очень неравномерным. [c.172] Приведенные выше рассуждения касались исследова шя остаточных напряжений П рода. Направления этих напряжений определяются деформациями зерен или их групп. Баушингер [125] исследовал поведение металлических образцов, нагружаемых сначала растягивающей, а затем сжимающей нагрузкой, и установил, что после изменения знака нагрузки предел упругости материала значительно понижается, что видно из приведенных на рис. 134 диаграмм деформирования. Объяснение этого явления, называемого эффектом Баушингера, связывалось, именно, с анализом роли остаточных напряжений П рода. [c.172] До последнего времени такое объяснение эффекта Баушингера в поликристаллических материалах (рис. 132) считалось достаточным 11251. Однако более поздние исследования показали, что в данном случае влияние границ зерен или границ их групп не является единственным фактором, вызывающим неравномерное распределение пластических деформаций в металлах. Было установлено наличие эффекта Баушингера у всех материалов, в том числе и в монокристаллах, независимо от чистоты материала. Оказалось, что этот эффект неполностью определяется ориентировкой зерен в поликристаллическом материале. [c.173] Из приведенных выше рассуждений следует, что при больших пластических макродеформациях эффект Баушингера должен быть менее заметен. Однако он фактически наблюдается и при деформациях порядка 100% и больше. Ввиду этого следует считать, что влияние границ зерен только отчасти объясняет этот эффект и что вторым фактором, с которым он связан, является наличие направленных напряжений П рода [126], направление которых определяется деформацией металла. Они возникают на границах субструктуры, и их направление в основном связано с изменением сопротивления пластической деформации локальных объемов материала внутри зерен. [c.173] Это явление можно объяснить также и на основании теории дислокаций [127, 128, 129]. При наконлении дислокаций на границах субструктуры образуется поле ориентированных микронапряжений. [c.173] Для наглядности исследования можно также и в этом случае рассматривать модель в виде системы элементов различной жесткости и под действием одноосного напряжения. [c.174] Можно представить себе дислокационную линию волнообразной формы, расположенную в микрообъеме, как показано на рис. 135. [c.174] Таким образом, при развитии пластической деформации в поликристаллическом металле возникает концентрация напряжений различных типов на границах зон, зерен и субзерен. После устранения внешней нагрузки появляются остаточные напряжения, которые в случае переменной нагрузки оказывают неблагоприятное влияние на сопротивление материала местной пластической деформации. [c.174] Вернуться к основной статье