ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Деформационное упрочнение из "Материаловедение Технология конструкционных материалов Изд2 " Продолжение деформации требует непрерывного повышения приведенного напряжения сдвига, т.е. деформация сопровождается непрерывным упрочнением. Деформационное упрочнение, или наклеп нагартовка), - непрерывное повышение приведенного напряжения сдвига по мере увеличения пластической деформации. Наклеп, в частности, проявляется в том, что если пластическую деформацию прервать и образец разгрузить, то для возобновления пластической деформации потребуется напряжение х То. Наклеп приводит к изменению структуры и свойств пластически деформированного материала повышает прочность, снижает пластичность, теплопроводность увеличивает плотность и электросопротивление. Деформационное упрочнение (рис. 2.13) является фундаментальной особенностью пластической деформации. [c.152] В результате упрочнения металла в ходе деформации напряжения могут возрасти до таких высоких значений, что становится возможным возникновение и развитие трешин. [c.153] Деформационное упрочнение материала наблюдается в процессе деформирования лишь при достаточно низких (по сравнению с температурой плавления) температурах - при холодной деформации. В случае горячей деформаций деформационное упрочнение отсутствует из-за релаксации внутренних напряжений. [c.153] Механическое повреждение кристаллических материалов при высокой температуре (т.е. при температуре, составляющей более 30 50 % температуры плавления) обычно происходит в результате ползучести или же сводится к разрушению при длительном воздействии напряжения. Ползучесть представляет собой зависящую от времени t пластическую деформацию. Хотя скорость этой деформации, невелика, материалы, предназначенные для использования при высокой температуре, подвергаются воздействию напряжения в течение длительного времени. Характеристики ползучести представлены на рис. 2.14. [c.153] Аналогично поведению материалов при деформировании, во время испытания на ползучесть возникает начальная упругая деформация. Затем наступает стадия неустановившейся ползучести (стадия I), которая характеризуется наличием неупругой составляющей и необратима при снятии нагрузки. Вторая стадия (II), установившейся ползучести, приводит к появлению значительной необратимой деформации. Установившаяся скорость ползучести (скорость деформации de/d/) определяет полезный срок службы материала. [c.153] Однако по мере, повышения температуры коэффициент упрочнения обычно уменьшается, а скорость разупрочнения быстро возрастает. Поэтому скорость ползучести также увеличивается при повышении температуры. [c.154] К числу механизмов разупрочнения, ответственных за возникновение ползучести, относятся поперечное скольжение (см. рис. 2.11) и переползание дислокаций. В некоторых материалах определенный вклад в ползучесть дают скольжение по границам зерен, миграция вакансий и двойникование (см. рис. 1.21). Переползание дислокаций в очень больщой степени зависит от температуры, с чем связано быстрое увеличение скорости ползучести при повышении температуры. При высоких температурах и низких напряжениях деформация не только связана с перемещением дислокаций, но и является результатом направленного диффузионного массопереноса. Активация явлений поперечного скольжения и переползания дислокаций напрямую связана со степенью подвижности атомов. Об этом свидетельствует тот факт, что энергия активации ползучести совпадает с энергией активации (1.76). [c.154] Диффузия в однокомпонентной системе, например, переход атома металла из узла кристаллической решетки в соседний узел или в междоузлие под действием теплового возбуждения, называется самодиффузией. [c.154] Деформация двойникованием осуществляется также путем сдвига части кристалла по определенным кристаллографическим плоскостям. При двойниковании части кристалла смещаются так, что оказываются в положении зеркального отражения относительно плоскости двойникования (см. рис. 1.21). Для механического двойникования требуется большее напряжение, чем для скольжения. Двойникование наблюдается, когда деформация скольжения затруднена (при высоких скоростях и низких температурах деформирования, при многоосном приложении нагрузки). Величина деформации при двойниковании мала. Основным видом деформации металлов является деформация скольжения. [c.155] Помимо дислокационного механизма пластической деформации, происходящей в зернах металла, известна межзеренная (зернограничная) пластическая деформация, которая обеспечивает очень высокие степени деформации. Такое явление называется сверхпластич-ностью. В условиях сверхпластичности высокие степени деформации достигаются при незначительных усилиях деформации. Сверхпластичность - это свойство мелкозернистой структуры, состоящей из равноосных зерен. Большинство сверхпластичных материалов имеет эвтектоидный или эвтектический состав либо содержит мелкодисперсные частицы. Заэвтектоидные стали можно сделать сверхпла-стичными. [c.155] Явление сверхпластичности используется при объемной изотермической штамповке и при пневмоформовке. Сверхпластичность позволяет в процессе штамповки за одну операцию получить детали сложной формы, повысить коэффициент использования металла, уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления изделий. Недостатком является необходимость нагрева штампов и малая скорость деформации. [c.155] Разрушение - процесс, включающий зарождение и развитие трещин. Разрушение может закончиться разделением тела на части. Различают хрупкое разрушение, сопровождающееся минимальным поглощением энергии и малой предшествующей пластической деформацией, и вязкое (пластическое) разрушение, при котором материал обнаруживает значительную пластичность. В общем случае при разрушении имеют место механизмы и пластического, и хрупкого разрушения. Их соотношение в значительной степени определяется температурой, при которой происходит разрушение. При комнатной температуре мы условно можем разделить материалы на хрупкие (например, чугун) и пластичные (например, сталь) в зависимости от того, какой механизм разрушения преобладает. [c.156] Зарождение разрушения во всех случаях связано с пластической деформацией, которая при этом неоднородна в микроскопическом масштабе. Образование микротрещин часто происходит в результате скопления движущихся дислокаций перед препятствием (межзеренные и межфазныЬ границы, включения и т.п.) (рис. 2.15). [c.157] Теоретически можно выделить три первичных типа трещин. Трещина вводится в материал в два этапа. Сначала на образец наносят надрез, а затем к его внещним поверхностям прикладывают нагрузку, направление которой определяет специфические типы разрушения, представленные на рис. 2.16. Плоскость, по которой происходит разрушение материала, называется плоскостью скола. [c.157] Хрупкое разрушение характеризуется очень быстрым ростом трещины, причем это происходит без повышения действующих напряжений, т.е. для развития хрупкого разрушения не требуется подводить энергию извне, а достаточно запасенной упругой энергии разрушающейся конструкции. Для стали скорость роста трещины достигает 2500 м/с. [c.158] Если в пластине, находящейся под действием растягивающих напряжений а, развивается перпендикулярная оси растяжения трещина длиной упругая энергия пластины уменьшается и одновременно затрачивается работа на создание двух свободных поверхностей-стенок трещины. Результирующее изменение энергии пластины зависит от соотношения вкладов этих двух составляющих разного знака. Многие детали могут длительно работать при наличии трещин, но не более определенного размера. Критическая длина опасных трещин определяет границу резкого снижения прочности и хрупкого разрушения детали. Начиная с некоторой критической длины 4р, при раскрытии трещины уменьшение запасенной упругой энергии перекрывает увеличение поверхностной энергии. Это означает, что при превышении критической длины развитие трещины идет за счет запасенной энергии упругой деформации, не требуя увеличения растягивающей нагрузки. Критическая длина трещины зависит от вязкости разрушения (трещиностойкости) стали, уровня остаточных напряжений, конструкции детали, температуры ее эксплуатации, скоростей приложения нагрузок. [c.158] Под концентрацией напряжений понимают местное увеличение напряжений в области изменения формы и размеров детали (у отверстий, канавок, в местах пе-рехбда от одного сечения к другому по Галтели и т. д.). Причина, вызвавшая концентрацию напряжений (отверстие, канавка й др.), называется концентратором напряжений. [c.158] Глава II. Механические свойства твердых тел 59. [c.159] В приближении плоского деформированного состояния критический уровень средних напряжений, при котором начинаются рост трещин и хрупкое разрушение, рассчитывается по известным моделям механикй разрушения. Он зависит от вязкости разрушения (критического коэффициента интенсивности напряжений Ки - критерия Ирвина) и длины трещины. По этим же моделям рассчитывают уровень /тр при известном Оср. [c.159] В вершине малых трещин и при малых толщинах деталей реализуется плоское напряженное состояние с растягивающими напряжениями, направленными поперек и вдоль трещины. При больших размерах деталей глубокие трещины приводят к жесткому трехосному напряженному состоянию плоскодеформированному состоянию). Здесь деформация проходит по двум осям, в третьем направлении деформации нет, но возникают большие растягивающие напряжения. Если растягивающие напряжения в двух направлениях близки и равны а, то растягивающее напряжение в третьем направлении для сталей 0,6с и рост трещин проходит много легче, чем при плосконапряженном состоянии. [c.159] Вернуться к основной статье