Lektsii / МСС / Пластичность металлов

Пластичность металлов

Под пластичностью понимается способность металлов деформироваться без разрушения. Пластичность данного металла существенно зависит от напряженного состояния.

Пластическое формоизменение сопровождается неоднородным напряженно – деформированным состоянием в пространстве и во времени.

Эксперименттальные данные о пластичности металлов должны быть объеденены с данными о НДС деформируемого тела, чтобы ответить на вопрос будет ли в данных условиях металл разрушаться или нет. Такое соединение дает теория разрушения.

Феноменологическая теория разрушения металлов при пластической деформации.

Инженеру – технологу часто приходится стадкиваться с выявлением причин разрушения металла в процессе пластической деформации, с разработкой рекомендаций, предупреждающих это явление.

Мерой пластичности металлов (или способности деформироваться без разрушения) служит предельная степень деформации, накопленная к моменту разрушения. Степенью деформации сдвига, называется, как уже отмечалось, величина

,

где H – интенсивность скоростей деформации сдвига; интеграл подсчитывается вдоль траектории движения данной частицы.

Предельную степень деформации сдвига к моменту разрушения или пластичность можно обозначить .

Для данного металла, при его деформации, например, в холодном состоянии, пластичность () в сильной степени зависит от напряженного состояния. Этой зависимости уделим далее основное внимание и рассмотрим разработанный на её основе расчетный аппарат теории разрушения, который позволяет определить допустимые пластические деформации металла, не приводящие к растрескиванию..

Если говорить о влиянии на пластичность напряженного состояния, то следует иметь в виду инварианты тензора или девиатора напряжений.

Давно замечено, что из всех инвариантов наиболее сильное влияние на пластичность оказывает первый инвариант - среднее нормальное (или гидростатическое) напряжение.

Итак, можно предположить, что между и имеет место функциональная зависимость. Многие исследователи предпочитают оперировать в этой зависимости безразмерным относительным аргументом ( Т – интенсивность касательных напряжений ), который называют показателем напряженного состояния и обозначают

Графическое изображение зависимости = называют диаграммой пластичности.

Общепризнано, что пластическая деформация металлов сопровождается непрерывным образованием и развитием субмикро – и микротрещин. В литературе по физике металлов имеется много экспериментального материала, подтверждающего это положение.

Поэтому имеет наверное вполне понятный смысл положить его в основу теории разрушения металла при его обработке давлением, то есть в процессах значительного формоизменения.

Процесс разрушения при больших пластических деформациях можно разделить на две стадии. По мере развития деформации растут зародыши трещин, начинают всё сильнее действовать эффекты концентрации напряжений. До некоторых пор трещина остаётся устойчивой и для её дальнейшего развития необходимы дополнительные пластические деформации.

Вторая стадия начинается с некоторого момента, когда трещина достигает критического размера и потеряет устойчивость. При этом достаточно небольшой пластической деформации, чтобы трещина резко увеличила свои размеры.

Несколько трещин объединяются, образуя поверхность разрушения. Степени деформации элементарного объёма в начале и в конце второй стадии отличаются незначительно, и теория разрушения может рассматривать лишь первую стадию.

Параллельно с процессом возникновения и увеличения микродефектов – трещин в пластически деформируемом теле идут процессы “залечивания” зародышей нарушения сплошности и торможения их развития.

Соприкосновение поверхностей трещины в условиях сжатия и их относительное перемещение из-за пластической деформации могут вызвать схватывание (сварку).

До сих пор не построен расчетный аппарат, который бы основывался на кратко рассмотренном механизме разрушения в результате пластической деформации.

Однако потребности практики настоятельно требуют создания теории расчета разрушения. Её удовлетворит на первых порах умозрительная теория, грубо учитывающая действительную физическую картину разрушения.

Рассмотрим такую теорию разрушения металлов в результате пластических деформаций (её можно назвать феноменологической).

Представим, что некоторая частица деформируется в условиях постоянного показателя напряженого состояния

=const.

Условие её деформирования без разрушения можно записать очевидным образом, исходя из определения пластичности .

До тех пор, пока степень деформации, накопленная частицей, будет меньше ,-разрушение не произойдет. Аналитически это выглядит так

Поделим правую и левую части на и обозначим

,

тогда условие деформирования без разрушения примет вид

< 1

Величину можно истолковать как степень использование запаса пластичности металла.

К моменту разрушения = 1, то есть весь запас исчерпан.

Обобщим условие деформирования без разрушения (7.2) на большую пластическую деформацию в условиях переменного показателя напряженного состояния .

Рассмотрим малый акт пластической деформации за отрезок времени t. Степень деформации сдвига в этом акте будет Нt, приращение степени использовнаия запаса пластичночти произойдет на величину

, (7.3)

в которой - пластичность деформируемого металла при показателе напряженного состояния . , свойственном рассматриваемому акту пластического формоизменения частицы (её можно было бы ещё обозначить и так:

,

где - момент времени рассматриваемого акта).

Сделаем предположение, что использование запаса пластичночти за много актов пластической деформации за время t можно определить суммированием на каждом этапе, то есть применим принцип суперпозиции (наложения).

Если сделать, затем, предельный переход, то сумма может быть заменена определенным интегралом

(7.4 )

Естественно потребовать, чтобы для деформирования частицы без разрушения величина , подсчитываемая по формуле (7.4), не превышала единицу.

Итак, условие пластического деформирования материала без разрушения в случае, когда тело обладает неоднородным напряженным сосоянием в пространстве и во времени, предлагается принять в таком виде

(7.4 а)

Здесь интеграл подсчитываеся для отдельной частицы деформируемого тела вдоль траектории её движения; - характеризуют изменение интенсивности скорости деформации сдвига и показателя напряженного состояния вдоль траектории движения частицы; - функция, аналитически представляющая диаграмму пластичности.

Условие деформирования без разрушения (7.4 а) получено на основании ряда предположений и нуждается в экспериментальной проверке.

Одной из основных величин, входящие в условие деформации без разрушения (7.4 а) является , точнее зависимость от показателя напряженного состояния К, то есть диаграмма пластичности, которая должна быть определена экспериментальным путем.