Упругая и пластическая деформация
Деформацией называется процесс изменения формы металлов под действием внешней нагрузки или под влиянием физических и химических явлений, вызывающих частичные изменения объема, например при переходе одной аллотропической формы в другую.
Упругая деформация
Упругой деформацией называют деформацию, влияние которой на форму, структуру и свойства тела устраняется после прекращения действия внешних сил. Упругая деформация не вызывает заметных остаточных изменений в структуре и свойствах металла; под действием приложенной нагрузки происходит только незначительное относительное и обратимое смещение атомов. При растяжении монокристалла возрастают расстояния между атомами, а при сжатии атомы сближаются. При таком смещении атомов из положения равновесия нарушается баланс сил притяжения и электростатического отталкивания, поэтому после снятия нагрузки, смещенные атомы вследствие действия сил притяжения пли отталкивания возвращаются в исходное равновесное состояние, и кристаллы приобретают свою первоначальную форму и размеры. Нормальные напряжения могут вызвать только упругую деформацию.
Если нормальные напряжения достигают величины сил межатомной связи, то произойдет хрупкое разрушение путем отрыва.
Схема упругой деформации металла с кубической структурой, подвергнутого действию касательных напряжений, показана на рисунке 2
|
|
|
а б
а − первоначальный кристалл; б − упругая деформация
Рисунок 2 –Схема упругой деформации металла под действием
напряжения сдвига τ
Пластическая деформация
При возрастании касательных напряжений выше определенной величины деформация становится необратимой. При снятии нагрузки устраняется лишь упругая составляющая деформации. Часть же деформации, которую называют пластической, остается. При пластической деформации необратимо изменяется структура металла, а следовательно, и его свойства. Она происходит только благодаря касательным напряжениям и заключается или в скольжении слоев атомов относительно друг друга (рисунок 3, б) или в двойниковании (рисунок 3, в).
Схема пластической деформации металла с кубической структурой, подвергнутого действию касательных напряжений, показана на рисунке 3.
а б в
а − увеличение упругой и появление пластической деформации, вызванной скольжением при нагружении, большем передела упругости;б − напряжение, обусловливающее появление сдвига (после сдвигасохранилась остаточная деформация); в − образование двойника
|
|
|
Рисунок 3 − Схемы пластической деформации металла под действием
напряжения сдвига τ
Изучение механизма пластической деформации металлов необходимо при исследовании следующих важнейших проблем:
– всех вопросов, связанных с образованием структуры металлов как при их затвердевании, так при перекристаллизации и фазовых превращениях в твердом состоянии;
– процессов холодной и горячей обработки давлением и обработки резанием;
– прочности металлов.
Механизм пластической деформации был подробно изучен на крупных кристаллических зернах металла и других неорганических и органических веществ, полученных отдельно и называемых монокристаллами, или одиночными кристаллами. Такой монокристалл имеет правильную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся атомы, или, точнее, положительно заряженные ионы, а пространство заполнено электронным газом.
Существует много методов получения крупных монокристаллов, например, путем применения неравномерного охлаждения расплавленного металла, вызывающего рост зерна из одного центра кристаллизации в вершине конуса или медленное вытягивание одного кристаллизующегося зерна из расплавленного металла. В тугоплавких металлах, например железе, вызывают искусственный гигантский рост зерна при отжиге, когда одно крупное зерно разрастается за счет остальных.
|
|
|
Из крупных монокристаллов вырезают образцы, которые подвергают механическим испытаниям, исследуют при этом их макро − и микроструктуру, а также атомную структуру при помощи рентгенографического анализа и применяют другие физические методы исследования.
Данные ряда исследований показали, что механизм пластической деформации состоит из следующих процессов:
– скольжения;
– двойникования;
– изменения положения атомов;
– разрушения.
Лекция №7
Размножение дислокаций
В процессе деформации происходит активное размножение дислокаций.
В реальных кристаллах дислокации закреплены по-разному. Если слабо – то текучесть начинается при их срыве; если сильно – то происходит генерация новых дислокаций в местах скоплений напряжений. Так же, задержка дислокаций на границах зерен, приводит к росту напряжений, и только при достижении определенного напряжения, происходит либо срыв дислокаций и их продвижение, либо генерация новых дислокаций. Таким образом, торможение дислокаций создает возможность их размножения, результатом чего становится зуб текучести.
|
|
|
Возможны два вида зарождения дислокаций:
· гомогенное — процесс развивается в совершенной области кристалла;
· гетерогенное — зарождение в области, содержащей дефекты.
Для гомогенного зарождения дислокаций необходимы очень высокие напряжения, т.е. в кристаллах, прежде чем произойдет гомогенное зарождение дислокаций в случае приложения достаточно больших напряжений, будут происходить другие процессы. В отличие от него гетерогенное зарождение дислокаций является распространенным механизмом. Оно вызывается напряжениями, сконцентрированными вокруг таких гетерогенных включений, как трещины, частицы выделений и другие дефекты в кристаллах.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 921; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!