Основы теории упругости и пластичности Упругая и пластическая деформация

Деформация – изменение формы и размеров тела в результате действия на него внешних сил. Деформация представляет собой совокупность трех взаимно накладывающихся и последовательно идущих процессов: упругой деформации, пластической деформации и разрушения.

Если тело после снятия сил, вызывающих деформацию, полностью восстанавливает свои первоначальные форму и размеры, то такая деформация называется упругой или обратимой. В процессе упругой деформации тело накапливает потенциальную энергию. При разгрузке эта энергия расходуется на восстановление размеров и формы тела.

Если после удаления приложенных сил тело не восстанавливает полностью первоначальные форму и размеры, то такая деформация называется пластической или остаточной. Всякая остаточная деформация сопровождается упругой. Сумма упругой и пластической деформации называется полной деформацией. Напряжение, при котором начинается пластическая деформация, называется пределом текучести. Он определяется из опытов на растяжение. Для технических целей вводят понятие макроскопического предела текучести как напряжения, при котором остаточная деформация достигает 0,2%.

Как известно, металлы имеют кристаллическую структуру. Основные типы кристаллических решеток в металлах: ОЦК ( , -Fe, K, Na, Li, V, W, Ba, Mo, Ta), ГЦК ( -Fe, Au, Cu, Pt, Ni, Pb, Ag) и ГПУ (Mg, Co, Zn, Be). Характерной особенностью кристаллических веществ является анизотропия – различие свойств в различных направлениях. При упругой деформации атомы не разрывают связей друг с другом, а лишь отклоняются от состояния равновесия. При пластической деформации атомы кристаллической решетки необратимо меняют своих соседей. Пластическая деформация осуществляется двумя основными способами: скольжением и двойникованием.

Скольжение – сдвиг одних атомных плоскостей относительно других вдоль определенного кристаллографического направления. Совокупность плоскости и направления скольжения называют системой скольжения. Кристаллы с различными типами решеток имеют разное число возможных систем скольжения. Плоскостями и направлениями скольжения обычно являются плоскости и направления, наиболее плотно упакованные атомами. Пластичность металла в значительной степени зависит от направления приложения нагрузки: вдоль плоскости скольжения или под углом к ней. При комнатной температуре ГЦК имеет 12 систем скольжения (по граням и диагоналям куба), ОЦК – от 12 до 48, ГПУ – 3. При повышении температуры добавляются новые системы скольжения.

Двойникование – переход одной части кристалла в положение, симметричное другой части кристалла. Если при скольжении наименьшее смещение равно периоду кристаллической решетки, то при двойниковании – доле периода. При скольжении переход решетки в новое положение происходит постепенно, при двойниковании – почти мгновенно, т.е. скольжение происходит при статическом нагружении, а двойникование при ударе. После этого деформированная часть решетки становится зеркальным отображением недеформированной части. Обычно двойникование сопутствует основному механизму – скольжению.

Сравнение результатов расчета с опытными данными показывает, что вычисленные для идеального кристалла значения предела текучести в сотни раз превышают величины, найденные из опыта. Это объясняется наличием нарушений правильной кристаллической структуры и существованием различного рода дефектов кристаллической решетки.