деформации (Макклинток Ф., Аргон А., 1970 - Деформация и разрушение материалов), страница 2

Книга написана не только для студентов, но и для наших коллег. Каждый из нас накапливает знания, необходимые для работы в избранной им Предисковие к о.керикакскоку сседонто узкой области техвики, и потому перестает следить за достижекиями своих коллег. Надеемся, что данная монография помшкет ликвидировать разрыв между материаловедами и механиками и укажет технологам и кокструкторам ка стоящие перед ними проблемы, а тавже па потекциальяые возможкости, которые могут быть ями использованы.

В процессе работы кац кпигой мы осозкавали, насколько отрывочпы наши зкапяв даже в увкой области непосредственно иптересующих кас вопросов, и попытались заполкить хотя бы некоторые пробелы в наших позпаииях и выявить закокомериости, ранее яе обнаруженные. Нри чтении курса мы ипогда вачккаем изложекие материала с раздела о мехаияке и даем лшпь краткие сведения о фукдамеяталькых механизмах процессов (хотя обычно отдаем предпочтеиие той последовательности излоя<екия, которая принята в данной книге). Иногда.

наоборот, рассматривается упругость и кокцектрация напряжений в связи с вызываемым ими хрупким разрушеквем, а пластичность и анализ пределькых состояний — в свяви с пластическим разрушением. Хотя зтот вариант изложения вельзя считать последовательным, ок позволяет раньше перейти к макроскопическому описакию, яа основании которого легче проводить зксперимеитальиые работы.

Лабораторные работы являкотся существеккой частью курса. В кашей лаборатории четыре задаиия-программы предлагаются группам студентов по четыре человека, которые в течекие семестра изучают избранный ими вопрос; с каписакными ими отчеталек зкакомятся остальиые студенты. Чтобы исключить излишнее углубление в отделыгые проблемы мехаикческого поведения материалов и показать, как много сведений мокско извлечь из простых зьсперимеитов, мы часто даем «иа дою> задачи, решение которых моя.ко проверить расчетами. Мы выражаем нашу благодаркость ьшогим лицам и в часткостк профессорам И.

Фикки, Д. С. Иуду, М. Козлу и Р. Д. Аидрюсу, а также некоторым из наших студентов за внесение поправок в текст квиги. Ф. Макклинвсок А. Аргон Массаиусетский скехковоеикеский институт икра Глава 1 СТРУКТУРА И МЕХАНИЗМЫ ДЕФОРМАЦИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ (Обзор) 1Л.ВВЕДЕНИЕ Деформация и разрушение материалов под действием приложенных сил— это основные явления, определяющие механическое поведение материалов.

Они могут происходить во взаимодействии с другими явлениями: тепловыми, электрическими, магнктныл1и, химическими и оптическими Па эти эффекты и их взаимодействие влияет структура материала. Начяпается обсуждение механического поведения материалов с описания явлений, наблюдаемых макроскопическн. Затем следуют краткие сведения о структуре твердых тел, рассматрившотся различные силы межатомной связи я сравнивается энергия этих связей с энергией тепловых колебаний атомов.

Дается представление о кристаллической симметрии и вводятся обоаначения для плоскостей и направлений в кристаллах, Затем рассматриваются дефекты кристаллической решетки и на втой основе приводится обзор основных механизмов деформации кристаллических твердых тел. Г>ольшой интерес представляет выяснение влияния напряжений, температуры и упорядоченности структуры на механизм деформации. Это позволит нам рассказать о некоторых видах структурной неоднородности и апизотропии, вызванных деформацией, например о различных типах полос деформации и о текстурах. Данный обзор имеет описательный характер.

Подробное раосмотрекие сил связи к отроения атома и доказательства положений, касающихся симметрии решетки, в таком обзоре невозможны. Читателя, интересующегося этими вопросами, отсылаем к трудам по современной физике, квантовой теории, статистической механике н кристаллографии. Непосредственный интерес представляют виды деформации различных структур. Количественному их описзншо н будут посвящены последующие главы, где можно будет найти необходимые доказательства утверждений, сделанных в этой главе.

$.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ Поскольку деформация тела под действием приложенных к нему сил сильно зависит от размера и формы тела, поведение материала удобно описывать с помощью сильг, отнесенной к единице площади, или иапрлжеиил, и смещения, отнесенного к единице длины, или деформации. Прн достаточно низких аначепиях приложенного напряя1ения во многих твердых телах деформация и напряжение свяааны линейным и независящим от времени соотношением, как показано на фиг. 1.1. Кроме того, при снятии нагрузки восстанавливается исходная форма образца. Независящая от времени деформапкя, которая исчезает при снятии нагрузки.

называется упругой деформацией. Во всех других случаях, если снятие внешнего напряжения не приводит к почти мгновенному (со скоростью звука) уменьшению деформации, дефорл1ация называется яеупрузой. При действии на материал возрастающего напряжения еще до наступления разрушения может оказаться, что при раагрузке исходная форма образца не восстанавливается. Напряжение, ссютветствующее моменту рр ь рр.

воаникновения етого явления, нааывается лределоле рпругостпи материала. з1ожко считать, что у металлов при низкой температуре (например, меньпгей половины температуры плавления по абсожотной шкале) остаточная П,ВБ ЦПЯ Ипипеиие,'1е Ф н г. 1.1. Лннейвая деформация возникает почти мгновенно и, следовательно, практически не зависит от времени (фкг. 1.2). Независящая от времени деформация, которая сохраняется после разгрузки, называется лласлгичесяой деформацией.

Паарее жее У металлов прн достаточно высоких температурах деформация продолжает расти во времени даже при постоянном напряжении (фиг. $.3). Это Ф н г. 1.3. Неустенознвыеяся полвучесть в отожженной меди прн постоянном напря- женна н комнатной температуре. Ксеытевее ве рестегеекее.

явление называется ползрчсстью. Если при температурах и уровнях напряжений, при которых имеет место ползучесть, воздействием извне вызвать дефорьгацшо материала н поддерживать ее постоянной (фиг. е.4), то прн е ь ре. Б й лй 2 гп 'й- и х к. е г и ГПП ВПП ВПП ППП Время, се» еввнспмоеть деформвцня н напряягення стали 1020 пан растяже- ннн в упругой области. Время п,п Дарермааев Ф н г. 1.2. Лнпейнек упругость н последующая плестачность.

е ее аю лю еее зв ыб п,з це цп цп агюю\ еее й1ееенне % Структура и мехиниамы дерормачии тоердых тол тюявлении деформации будет возрастать напряжение, которое затем уменьшится с течением времени. Такое уменьшение напряжения называется релаксацией. В металлах прн условиях, благоприятствующих ползучести, часть деформации после снятия нагруэкп исчеаает гораздо медленнее, чем чисто упругая деформация ~фиг. 1.5). Это явление наэываетса эадеротанпой упругостью или упругим последейсгпеием.

Его определяют как неупругую деформацию, хотя иногда считают, что это один из видов упругой деформации. % м" А в с ф е ФО Ыл 4, к э ® дв бу г,» 70 р эрото,соя о Релаксацнн крутящего макакта ори настоянном угле закручивания палинрнстазлнчеснага МдО ~рв температуре х773' К (1500'С). Розоиаы абряаяи: иоиеиочиоо стихие 1,6 мм*, ялхии 25,» мм. Ф н г. 1.4 Прв достаточно высоких температурах приложение весьма малого напряжения вызывает полэучесть, скорость которой приблиаительно пропорциональна приложенному налряженню. Такая деформация называется елеким .гпечепием, При циклическом деформировании все виды неупругой деформации приводят к появлению петли гистереэиса на диаграмме деформации.

Наличие петли гистерезиса свидетельствует о диссипации энергии. Ки ий 0 лироромеия нли унругоо паследайстзне ~отрезка криви|я С))). Ф н г. 1.5, Задержанная упругость, Больше всего металла расходуется на иэготонлекне конструкций, основное назначение которых — сопротивление деформации. Сопротивление пластической деформации материала, как правило, определяют испытанием .на растяжение нли на твердость. Для описания результатов испытание на растяжение материала, диаграмма деформации которого почти не зависит от времени (фиг.

1.6), вводят специальные термины, рассматриваемгле ниже. Пределом текучеьтпп называют напряжение, требуемое для создания .некоторой заданной пластической деформации (обычно порядка десятых долей процента). Это значение используется в конструкторских расчетах, где требуетсн, чтобы пластическая деформация по порядку величины не превосходила упругую. Если нужно определить максимальную несущую способность детали, испытание растяжением продолжают. По мере удлинения обрааца нзпрн.н'ение, необходимое для его пластического деформирования (доформируюп)ее и трв.

Глпеп 1 наирлхссиие), также возрастает. При этом площадь поперечного сечения образца уменьшается. В некоторый момент влияние уменьшения площади перекрывает прирост деформирующего напряжения и кривая нагрузки проходит через максимум (фиг. 1.6, б). Значение максимальной нагрузьи, деленное на исходную площадь сечения, называется яределаи иррчиосвти лри растлхсеиии ').

Если достижение максимальной нагрузки вызвано локальным уменьшением сечения образца (образованисм шейки), то, как апаш Исяодная длпна Удлинение Исесднал длпип ат и г. 1.6. Предел текучести (п) и предел прочности (д) при растяжении. т --- уедоеннй предок текучести при ос~аточкой деформапнн Оодк; Š— предел прочности; Š— раано- мернан десорнаднк; е — дееориашш с осрааоеанпем шейки. правило, деформация продолжается дальше, до разрушения. При испытании некоторых ятатериалов нагрузка может увеличиваться и после начала разрушения.