Глава 4. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДЕФОРМИРОВАННЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

4.1. Пластическая деформация моно- и поликристаллов

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием внешних усилий. Деформации подразделяют на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия приложенных сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положений равновесия; в основе пластических деформаций - необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия.

Способность металлов пластически деформироваться называется пластичностью. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности, при холодном деформировании повышается прочность. Пластичность обеспечивает конструкционную прочность деталей под нагрузкой и нейтрализует влияние концентраторов напряжений.

Диаграмма растяжения металлов.

Испытание на растяжение - простой и наиболее распространенный метод определения прочности и пластичности (ГОСТ 1497-73).

При растяжении стандартных образцов с площадью поперечного сечения и рабочей (расчетной) длиной строят диаграмму растяжения в координатах нагрузка-удлинение образца (рис. 4.1). На диаграмме выделяют три участка: упругой деформации до нагрузки ; равномерной пластической деформации от до и сосредоточенной пластической деформации от до Прямолинейный участок сохраняется до предела пропорциональности Тангенс угла наклона прямолинейного участка характеризует модуль

Рис. 4.1. Диаграмма растяжения пластичного металла (а) и диаграммы условных напряжений пластичного (б) и хрупкого (в) металлов. Диаграмма истинных напряжений (штриховая линия) дана для сравнения

упругости Е. Лишь на небольшой части от до нарушается линейная зависимость между Р и из-за упругих несовершенств материала, связанных с дефектами решетки.

Пластическое деформирование идет при возрастающей нагрузке (выше ), так как металл упрочняется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называют наклепом.

Наклеп металла увеличивается до момента разрыва образца, хотя растягивающая нагрузка уменьшается от до (рис. 4.1, а). Это объясняется появлением местного утонения в образце-шейки, в которой в основном сосредотачивается пластическая деформация. Несмотря на уменьшение нагрузки, растягивающие напряжения в шейке повышаются до тех пор, пока образец не разорвется. Об этом свидетельствует диаграмма истинное напряжение-деформация (рис. 4.1, б). При растяжении образец удлиняется, а его поперечное сечение непрерывно уменьшается. Истинное напряжение определяется делением действующей в определенный момент нагрузки на площадь, которую образец имеет в этот момент. Истинные напряжения в повседневной практике не определяют, а пользуются условными напряжениями, считая, что поперечное сечение образца остается неизменным. Напряжения ступр, - стандартные характеристики прочности. Каждая получается делением соответствующей нагрузки на начальную площадь поперечного сечения

Пределом упругости ступр называют напряжение, при котором пластическая деформация достигает заданной малой величины, установленной условиями. Часто используют значения остаточной деформации 0,001; 0,005; 0,02 и 0,05%. Соответствующие пределы упругости обозначают Предел упругости — важная характеристика пружинных материалов, которые используют для упругих элементов приборов и машин.

Предел текучести (условный) — это напряжение, которому соответствует пластическая деформация его обозначают Предел текучести (физический) определяется по диаграмме растяжения, когда на ней имеется площадка текучести. Однако при испытаниях на растяжение большинства сплавов площадки текучести на диаграммах нет. Выбранная пластическая деформация 0,2% достаточно точно характеризует переход от упругих деформаций к пластическим, а напряжение несложно определяется при испытаниях независимо от того, имеется или нет площадка текучести на диаграмме растяжения.

Временное сопротивление характеризует максимальную несущую способность материала, его прочность, предшествующую разрушению,

Пластичность характеризуется относительным удлинением 5 и относительным сужением

где — начальные длина и площадь поперечного сечения образца; -конечная длина образца; - площадь поперечного сечения в месте разрыва.

Допустимое напряжение, которое используют в расчетах, выбирают меньше (обычно в 1,5 раза) или меньше (в 2,4 раза).

Сопротивление материала разрушению при динамических нагрузках характеризует ударная вязкость. Ее определяют (ГОСТ 9454-78) как удельную работу разрушения призматического образца с концентратором (надрезом) посередине одним ударом маятникового копра: (К - работа разрушения; - площадь поперечного сечения образца в месте концентратора).

Рис. 4.2. Схемы пластической деформации скольжения (а) и двойникования (б)

Ударную вязкость обозначают и . Буквы означают символ ударной вязкости, буквы - вид концентратора: -образный с радиусом надреза мм, -образный с мм; Г-трещина усталости, созданная в основании надреза; основной критерий ударной вязкости; и используют в специальных случаях (см. п. 7.2).