Физические основы пластической деформации

На http://www.technofile.ru – чертежи, 3d модели, книги,методички, лекции.Материалы – студентам технических вузов!ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИСодержаниеСтр.Введение1. Кристаллическое строение вещества1.1. Понятие кристаллической решетки. Модель кристалла1.2. Типы кристаллической решетки, явление полиморфизма1.3. Параметры решетки, базис, координационное число1.4. Плотность упаковки атомов в решетке2.

Индексация плоскостей и направленийв кристаллической решетке2.1. Индексация плоскостей2.2. Индексация направлений3. Точечные дефекты кристаллической решетки3.1. Понятие кристаллической структуры, моно и поликристаллы3.2. Вакансии, дислоцированные и примесные атомы3.3. Движение атомов в кристалле, механизмы диффузии4.

Деформация монокристалла4.1. Понятие напряжения и деформации4.2. Механизм сдвиговой деформации4.3. Напряжение сдвига атомных плоскостей5. Дислокации5.1. Понятие дислокации5.2. Механизм перемещения дислокации5.3. Плотность дислокаций5.4. Краевая дислокация5.5. Винтовая дислокация5.6. Смешанная дислокация5.7. Контур и вектор Бюргерса5.8.

Размножение дислокаций при пластическом деформировании6. Холодная пластическая деформация поликристалла6.1. Система скольжения6.2. Внутрикристаллитная и межкристаллитная деформация6.3. Нанокристаллические материалы6.4. Полосчатость микроструктуры, текстура, остаточные напряжения6.5. Упрочнение при холодной деформации6.6. Понятие напряжения текучести, степени деформации, кривыеупрочнения7. Деформация при повышенных температурах35691011121516171921222426272928293233343940404446477.1.

Возврат и рекристаллизация7.2. Диаграмма рекристаллизации7.3. Виды деформации при обработке давлением8. Основные понятия и законы деформирования8.1. Закон наименьшего сопротивления8.2. Закон постоянства объема. Смещенный объем.Скорость деформации8.3. Закон неравномерности деформации и дополнительныхнапряжений8.4. Закон подобия и моделирования процессов обработки давлением9.

Контактное трение9.1. Понятие контактного касательного напряжения.Парность сил трения9.2. Виды трения. Сухое, жидкостное и граничное трение9.3. Граничные условия. Законы Амонтона-Кулона и Зибеля9.4. Основные факторы, влияющие на контактное трение9.5. Активные силы трения515254555761646667707273Заключение75ЛИТЕРАТУРА76ВведениеПри изготовлении любой детали методами обработки давлением разрабатывается технологический процесс, который устанавливает количество и содержание переходов, последовательно приближающих форму заготовки к формеготовой детали. При этом следует иметь в виду, что к одному и тому же результату можно прийти разными путями,т.е. технологический процесс в обработке давлением может быть многовариантным.Выбор варианта - ответственный этап в работе технолога.

В конечном итоге от того, как разработан технологический процесс, зависит эффективность производства детали - максимальная производительность и стойкость инструмента при минимальных отходах материала, капитальных вложениях и энергозатратах.Назначение оптимальных с точки зрения эффективности процесса в целом формоизменяющих переходов базируется на знании законов пластического течения металла, его напряженного и деформированного состояния вконкретных условиях обработки, допустимых степеней деформации и др.Студенты, обучающиеся по специальности «Машины и технология обработки металлов давлением», изучают этивопросы в курсе «Физико-математическая теория ковки и штамповки», который состоит из двух основных частей.

Впервой части курса излагаются физические основы пластического деформирования, в частности, кристаллическоестроение металла, взаимодействие составляющих его частиц, механизм их относительного смещения под действиемприложенных внешних сил, даются понятия напряжения, степени и скорости деформации, рассматриваются основныефизические законы и условия пластического деформирования.

Вторая часть курса посвящена механике пластического деформирования, в которой математически разрабатываются вопросы напряженного и деформированного состояния металла, определяются величины и распределение напряжений в пластически деформируемом теле, условия перехода тела в пластическое состояние и т.д. Этот раздел является теоретической основой для расчета технологическихпроцессов обработки давлением.Целью настоящего учебного пособия является помощь студентам в изучении физических основ пластической деформации металла, т.е. по существу оно является первой частью курса « Физико-математическая теория ковки иштамповки ». Эта часть имеет самостоятельное значение, поскольку она позволяет наметить новые области изученияпластической деформации.

Например, при формовании тел с нанокристаллической структурой.4Авторы выражают благодарность д.т.н., проф. Овчинникову А.Г., лекции которого по этому курсу были частичноиспользованы при написании данного учебного пособия.1. Кристаллическое строение вещества1.1. Понятие кристаллической решетки. Модель кристаллаКристаллические вещества характеризуются тем, что составляющие их атомы расположены в определенном порядке, образуя пространственную решетку из повторяющихся геометрически правильных объемных ячеек. В направлении трех выбранных координатных осей расстояния между соседними атомами постоянно повторяются, в результате чего и образуется такая решетка.

Таким образом, кристаллической решеткой вещества называется совокупностьсоставляющих его атомов, расположенных в строгом порядке.Пример кристаллической решетки показан на рис.1. Наименьшая часть кристаллической решетки, определяющая всю систему строения вещества, называется элементарной ячейкой. На рис. 2 показаны различные способы выбора элементарной ячейки. Кристаллическая решетка компонуется из любого типа показанных элементарных ячеек. Однако, для удобства расчетов предпочтительно использовать элементарную ячейку, выбранную в прямоугольной системе координат.Кристаллические решетки разных веществ различаются по форме и размерам элементарных ячеек.Упорядоченность кристаллической решетки является результатом взаимодействия межатомных сил. Именновзаимодействие этих сил устанавливает атомы в определенный порядок.

Не будь такого взаимодействия, не было быникакого порядка, и мы имели бы не кристалл, а газ.Модель кристаллической решетки может быть представлена шарами, связанными между собой прямыми проволочками соответствующей длины. Шары представляют собой атомы, а проволочки - символы связей, замороженноевзаимодействие между атомами. Такая модель дает хорошее представление о геометрии решетки, в ней отражены ипорядок расположения атомов, и нарушения этого порядка, которые могут проявляться в дефектах кристаллическойрешетки.

Однако, в ней нет никакого движения атомов и она ничего не говорит о их взаимодействии. Поэтому такуюмодель можно назвать «мертвой» моделью кристалла.Английский физик Л. Брэгг предложил другую, «живую» модель кристалла, которая иллюстрирует не тольковзаимное расположение атомов, но и силы взаимодействия между ними [4].

Это так называемая пузырьковая модель.Если в тарелку с мыльной водой добавить несколько капель глицерина, опустить конец шприца, соединенного с источником постоянного давления воздуха, и соответствующим образом отрегулировать подачу воздуха, то на поверхностьбудут выходить совершенно одинаковые пузырьки, которые расположатся на ней в один слой в определенном порядке.Этот плавающий плот и есть двухмерная живая модель кристалла. Вид пузырьковой модели кристалла показан нарис.

3.5Мыльные пузырьки не безучастны друг к другу. Два разобщенных пузырька на поверхности воды друг к другупритягиваются, а соприкоснувшись - отталкиваются и устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга.Чем это объясняется?Известно, что любая изолированная система, на которую не действуют никакие внешние силы, стремится к минимуму своей потенциальной энергии. В нашем случае (см. рис.

4) каждый из пузырьков окружен областью, где уровень воды поднят над ее средним уровнем. Следовательно, потенциальная энергия системы увеличена, причем тембольше, чем большая масса воды и на большую высоту поднята. Степень поднятия убывает по мере удаления от центра пузырька.

Если пузырьки удалены друг от друга на расстояние, при котором области поднятия жидкости вокругкаждого из пузырьков частично перекрываются, то их сближение уменьшает массу поднятой жидкости и, следовательно, потенциальную энергию. Поэтому и возникает сила притяжения, стремящаяся уменьшить потенциальную энергиюсистемы.После того, как пузырьки соприкоснутся, прижимающая их сила увеличит давление заключенного в них газа, ивозникнет сила отталкивания.