ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм образования деформации из "Сопротивление материалов " Явление повышения упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования носит название наклепа, или нагартовки, и широко используется в технике. [c.55] для придания упруггрс свойств листовой меди или латуни, ее в холодном состоянии прокатывают на валках. Цепи, тросы, ремни часто подвергают предварительной вытяжке силами, превышающими рабочие, с тем, чтобы избежать остаточных удлинений в дальнейшем. В некоторых случаях явление наклепа оказывается нежелательным, как, например, в процессе штамповки многих тонкостенных деталей. В этом случае для того, чтобы избежать разрыва листа, вытяжку производят в несколько ступеней. Перед очередной операцией вытяжки деталь подвергается отжигу, в результате которого наклеп снимается. [c.55] До сих пор, говоря об испытании образца на растяжение, мы касались только внешней стороны у1вления, не затрагивая внутренних процессов, происходящих в материале. Вместе с тем характеру изменения силы Р как функции Д/ можно дать и физическое толкование, исходя из представлений о молекулярном строении твердого тела. [c.55] Твердые тела разделяются, как известно, на аморфные и кристаллические. Что касается первых, то диаграмма растяжения таких тел не носит стабильного характера она резко зависит от времени действия сил, а сами материалы в своем поведении обнаруживают качественное сходство е вязкой жидкостью. В силу указанных обстоятельств мы остановимся только на механизме деформирования металлов. [c.56] Все металлы в том виде, в каком они применяются в машиностроении, имеьэт поликристаллическую структуру, т. е. состоят из множества мелких кристалликов, хаотически расположенных в объеме металла. В некоторых случаях кристаллики имеют небольшую статистически преобладающую ориентацию, обусловленную характером технологии (прокатка, волочение). Внутри кристаллов атомы металла располагаются в определенном порядке, образуя правильную пространственную решетку. Система расположения атомов зависит от свойств атомов. Она меняется также в зависимости от физических условий кристаллизации. [c.56] Между атомами кристаллической решетки существуют постоянные силы взаимодействия. При большом расстоянии между двумя атомами имеет место сила взаимного притяжения, при малом расстоянии — отталкивания. Наличием этих сил и законами их изменения по разным направлениям и определяется система кристаллизации, свойственная данному металлу. Для свободного, ненагруженного кристалла система указанных сил является такой же строго определенной, как и расположение самих атомов. [c.56] Под действием сил атомы в решетке получают взаимные смещения и силы взаимодействия между ними меняются. Зависимость сил взаимодействия от смещений носит сложный функциональный характер. Однако в пределах малых перемещений эту зависимость можно рассматривать как линейную. Возникающие в кристаллической решетке смещения но разным направлениям для множества хаотически расположенных кристалликов порождают интегральным образом пропорциональную зависимость между смещениями точек тела и внешними силами, что и находит свое выражение в законе Гука. [c.56] По устранении внешних сил атомы снова занимают в кристаллической решетке свое строго определенное положение и геометрические размеры тела полностью восстанавливаются. Таким образом объясняется свойство уггругости. [c.56] В результате соскальзывания по наклонным плоскостям стержень удлиняется. Механизм образования этого удлинения показан п упрощенном виде на рис. 48. Действительная картина является более сложной, так как носит пространственный характер, и сдвиг происходит не только в одном семействе параллельных плоскостей, как это показано на рисунке, а вообще во всех семействах плоскостей, составляющих угол, близкий к 45°, с осью стержня. [c.57] Таким образом, можно ожидать, что стержень при растяжении способен без образования пластических деформаций выдерживать напряжения порядка одной десятой от величины модуля упругости Е. Однако опыт показывает, что такая оценка является неправильной. В действительности пластические деформации в кристаллах начинают образовываться при напряжениях, в сотни раз меньших ожидаемых. [c.58] Основная погрешность, допущенная выше, заключается в предположении, что смещение атомов при сдвиге происходит по всей плоскости одновременно. На самом деле переход атомов в соседнее положение происходит с местными искажениями структуры, которые называются дислокациями, и распространяются по плоскости во времени подобно волне. [c.58] На рис. 52 показана пузырьковая модель атомной плоскости, содержащей дислокацию. Для того чтобы ее лучше заметить, фотографию следует рассматривать под малым углом, повернув ее дополнительно на 30° влево или вправо ). [c.59] Перемещение дислокации через кристалл можно уподобить движению складки по ковру. Когда складка прошла через весь ковер. [c.59] Переход атома в новое положение сопровождается динамическими эффектами. Атом приобретает кинетическую энергию и совершает колебательное движение около нового положения равновесия. Следовательно, имеет место выделение тепла образец при пластических деформациях заметно нагревается. [c.59] В металлах образование пластических деформаций начинается уже при сравнительно небольших нагрузках. Среди множества хаотически расположенных кристалликов всегда находится некоторое число наименее выгодно ориентированных и имеющих внутренние дефекты, вследствие которых возможны пластические изменения уже при сравнительно небольших силах в пределах упругой зоны. Число таких кристалликов, однако, невелико, и местные пластические деформации не сказываются заметным образом на общей линейной зависимости между силой и перемещением, свойственной нерпой стадии нагружения образца. [c.60] При достаточно больших силах пласти / кие деформации в образце становятся преобладающими. Необратимые сдвиги происходят в большинстве кристаллов в их наиболее слабых плоскостях, особенно, если последние имеют направление, близкое к плоскостям максимальных касательных напряжений в образце. Это находит свое выражение в образовании полос скольжения. [c.60] При растяжении образца соседние кристаллы взаимодействуют друг с другом и возникшее в одном кристалле пласти 1еское смещение не может возрастать неограниченно, так как оказывается блокированным соседним, более удачно ориентированным кристаллом. Этим обстоятельством и объясняется возникновение зоны упрочнения и некоторое увеличение растягивающей силы при наличии пластических деформаций. Таким образом, при наклепе и нагартовке происходит как бы выбор слабины в наименее благоприятно ориентированных кристаллах. [c.60] В результате приложения к образцу внешних сил в кристаллах возникают смещения атомов не только на целое число позиций, но сохраняется также и некоторое искажение кристаллической решетки, Следовательно, наряду с пластической деформацией существует и упругая. При разгрузке форма искаженной решетки восстанавливается, т. е. снимается упругая деформация. Пластическая же деформация, понятно, не восстанавливается. [c.60] Весьма существенно, что процесс снятия упругой деформации происходит по тем же законам изменения внутрикристаллических сил, что и в начальной стадии нагружения образца. Поэтому прямая разгрузки К1 (рис. 45) параллельна прямой начального нагружения ОА. [c.60] При значительных растягивающих усилиях пластические деформации сопровождаются нарушением межкристаллических связей и связей между атомами, и образец разрушается. Механизм разрушения в настоящее время еще слабо изучен, и общепринятой теории по этому вопросу пока не создано. [c.60] Вернуться к основной статье