ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Соединение металлов при совместной пластической деформации - антитеза разрушения из "Теория обработки металлов давлением " В предыдущих разделах нами была установлена взаимосвязь между структурной энтропией, характеризующей структуру металла на всех масштабных уровнях, и напряжением начала пластического течения а е) как в отожженном, так и в деформированном состояниях. Таким образом, на зависимости истинных напряжений от истинных деформаций а(е) осталось объяснить присутствие всего одной точки, а именно - точки, определяющей момент разрушения металла. [c.73] К настоящему времени сложилось мнение, что процесс образования и развития трещин сопровождает пластическую деформацию металла от самых ранних ее стадий. Многие исследователи считают трещины обычным элементом структуры материала. Тогда при обработке металлов давлением трещины в металле являются неизбежным злом, с которым приходится мириться, но присутствие которого необходимо учитывать, особенно при обработке малопластичных металлов. [c.73] Если трещины - обычный элемент структуры, то структурная энтропия А5стр должна учитывать их присутствие в металле. Должен существовать также энтропийный критерий, предсказывающий появление трещины в рассматриваемом объеме, предсказывающий момент разрушения металла. Критериев разрушения существует несколько основные из них проанализированы в работе [5]. [c.73] Попробуем применить для оценки условий разрушения элементы энтропийной теории и создать такой критерий разрушения, который бы учитывал структурные особенности деформируемого металла. Рассмотрим холодную деформацию и процессы непрерывного активного нагружения. [c.74] Следовательно, критерий разрушения не учитывает влияние пластической деформации в энергетике процесса, а также второго слагаемого в выражении для вычисления работы деформации А = оДу + Доу. Очевидно, в связи с этим критерий Гриффитса дает завышенные значения разрушающих напряжений. Расчет напряжений, необходимых для появления в металле начальной трещины размером в несколько межатомных расстояний, дает очень большие значения, близкие к теоретической прочности (см. табл. 2.1). Именно поэтому при анализе работоспособности критериев разрушения и были высказаны предположения о том, что трещины в металле присутствуют всегда, а экспериментальные исследования были направлены на обнаружение этих трещин. [c.74] Проведение конкретных расчетов с помощью этого критерия требует информации о геометрии трещины в виде отношения С/п, что существенно снижает его значимость. [c.75] Однако отождествление плавления и разрушения не имеет физического обоснования, поскольку переход металла в жидкое состояние не означает его разрушения, так как силы межатомного взаимодействия по причине своей центральности при этом не разрушаются. Разругав ие, а для жидкости - кавитаг ия — это образование в системе новой свободной поверхности (за искчючением внешней) происходящее лишь после перехода метай ю через ряд последовательных структурных состояний. Известно, что кавитация жидкости возникает при больших значениях числа Рейнольдса после появления турбулентных вихрей, которые, как известно, представляют собой диссипативные структуры жидкости. [c.76] Примем простую концепцию разрушения. Она состоит из следующих положений. [c.76] Последнее положение концепции разрушения можно проиллюстрировать следующим образом. Известно, что поверхностную энергию у, принято оценивать как работу, совершаемую над системой, чтобы разделить ее надвое и удалить обе половинки на расстояние, на котором взаимодействия между ними не ощущается [4, 5]. Таким образом, Yi это работа, выраженная через параметры состояния системы изменение давления и объема. Действительно, когда металл разделяют надвое, атомные связи разрываются по указанному на рис. 1.9сечению, а поверхностные атомы смещаются со своих положений на расстояние х. В обнюм случае смещение поверхностных атомов может происходить как с уменьшением, так и с увеличением объема системы. Однако увеличение или уменьшение объема системы при разрушении категорическим образом изменяет энергетику процесса. Рассмотрим это подробно. Обратим при этом внимание читателя, что аксиоматика теоретического описания процесса (в данном случае - разрушения) вновь выходит на первый план, как при трактовке понятий напряжения, структуры энтропии. [c.77] ЧТО при выполнении условия Да 0 рассматриваемый процесс является самопроизвольным. Следовательно, процесс разрушения металла должен идти самопроизвольно до тех пор, пока он не распадется на отдельные атомы. [c.77] Следовательно, если бы природа подчинялась придуманным нами схемам ее поведения, мы стали бы непосредственными свидетелями постоянно протекающих явлений самопроизвольного разрушения и воссоединения систем - твердых тел, растений, жидкостей и других. К счастью, этого не происходит - для разрушения, равно как и для соединения металлов или других объектов необходимо приложить значительные усилия. [c.78] Этот критерий свидетельствует о том, что во время пластической деформации в металле образуется трещина, если сумма внешних и внутренних напряжений в металле или в некотором его микрообъеме превышает по величине энергетический барьер, представляющий собой лапласовы напряжения у/г - напряжения сцепления межатомных плоскостей, причем при образовании трещины г = а. [c.79] Критерий разрушения в виде (2.41) выведен для материала, не имеющего ни межзеренных, ни межфазных границ. В реальных металлах границы, характеризующиеся удельной энергией у/, либо присутствуют изначально, либо образуются во время пластической деформации, причем момент их образования мы описали при помощи критерия (2.35). [c.79] Нельзя, однако, полагать, что различные методы обработки способны сильно изменить симметрию распределения Ду). Поэтому, воспользовавшись гипотезой о симметричном распределении, будем в оценочных расчетах прочностных характеристик металлов использовать математическое ожидание М(у) = 0,5. [c.80] Результаты расчета разрушающих напряжений и экспериментальные значения истинного сопротивления разрыву при испытаниях некоторых металлов на растяжение сведены в табл.2.2. Значения У а взяты из [17, 28]. [c.81] Всякому исследователю известно, как велик бывает разброс экспериментальных значений Ов, f для металлов в зависимости от химического состава (чистоты материала), условий эксперимента, качества изготовления образцов и других факторов. Поэтому цифры, приведенные в табл. 2.2 для указанных характеристик металлов, носят весьма усредненный характер. Тем не менее, сходимость расчетных и экспериментальных данных в табл. 2.2 может считаться удовлетворительной. [c.81] Таким образом, наш критерий разрушения вполне работоспособен, что еще раз подтверждает справедливость критерия простоты , который мы упоминали выше и который воплощен в изложенной концепции разрушения. [c.81] Отметим также, что наш критерий разрушения отражает момент образования трещины и в этом его отличие и преимущество по сравнению с перечисленными ранее критериями. После образования трещины процесс ее развития идет обычно в вершинах происходят концентрация растягивающих напряжений Аа и последующий разрыв межатомных связей на границе, согласно критерию (2.42). [c.83] Если указанные условия развития трещины не выполняются, происходит ее торможение. [c.83] На необходимость учета производных и напряжений с их участием указывал еще И. Ньютон. Напряжения с участием производных типах ст/ х) Р. Хилл по аналогии с Ньютоном называет флюксия-. [c.84] Вернуться к основной статье