1625914689-e957c8b7a8e4003fe3539e4e0e465a65 (532400), страница 7
Текст из файла (страница 7)
1.18, в): внутренняя область, в которой скольжение прекратилось из-за высокойплотности дислокаций; головная область, которая имеет меньшую плотность и скользитдальше в материал, и боковые области, внешние края которых постоянно движутся, расширяя полосу, а внутренние края по мере накопления дислокаций отходят к внутреннейнеподвижной области. Если полоса станет слишком широкой, ее головная часть можетнастолько затупиться, что превратится в стенку дислокаций, и полоса остановится из-зауменьшения напряжений вблизи головной части. Если же полоса пересечет весь объемматериала, она может стать местом его разрушения.Основным механизмом пластической деформации чистых кристаллов при малыхстепенях деформации является скольжение отдельных дислокаций в плоскостях легкого сдвига.
Внутреннее строение кристалла при таком деформировании не нарушается,а на его поверхности образуются ступеньки, высоты которых равны векторам Бюргерсадислокаций.1.5.2.Полосы сброса и двойникованиеПо мере увеличения степени деформации и роста плотности дислокаций в процессвключаются коллективные дефекты: дислокационные скопления, стенки, полосы деформации.
Происходит переход от дислокационного механизма к ротационному, при которомнеобратимое формоизменение происходит за счет разворотов областей материала и кристаллографических направлений. Эти развороты возникают по разным причинам, наиболее важными из которых являются анизотропия упругих и пластических свойств материала и неоднородность деформированного состояния.В результате ротационной деформации образуются области, кристаллические решетки которых разориентированы относительно решетки основного кристалла.
Области переориентации часто принимают форму пластин, пересекающих сечение образца. Примерамиротационного пластического деформирования могут служить образование полос сброса(рис. 1.19, а) и двойникование (рис. 1.19, б ). Линиями на рисунках показана ориентацияатомных плоскостей.Появление полос сброса является основным механизмом деформирования при больших деформациях. Двойникование развивается в том случае, если затруднена деформация скольжением, что может быть вызвано невыгодной ориентацией плоскостей легкого скольжения, высокой скоростью деформирования или низкой температурой.
Двойники возникают также при воздействии на кристалл сосредоточенной силы, например, привдавливании тонких лезвий и игл или при царапании. Деформирование двойникованием24Глава 1. Физические основы пластического деформирования твердого телахарактерно для литого металла, в то время как отожженный или продеформированныйметалл (например, прокат) деформируется скольжением. В случае прохождения двойника через весь кристалл и выхода на его поверхность наблюдается сброс напряжения надиаграмме деформирования.И полосы сброса, и двойники часто имеют вид тонких пластин, пересекающих всезерно или даже весь образец. Пересечение их приводит к фрагментации материала и образованию трещин.1.6.Заключительные замечанияВ этой главе мы рассмотрели основные физические механизмы пластического деформирования материалов, имеющих кристаллическое строение. Модели, напрямую учитывающие межатомные взаимодействия, могут описывать все многообразие процессов деформирования на основе теории упругости, примененной к кристаллической решетке.
Онипомогают получить представление о причинах тех или иных явлений, наблюдаемых принеобратимом деформировании твердых тел, однако использовать их для решения задач,связанных с телами сколько-нибудь значительных размеров, затруднительно. Трудностьэта сводится к двум проблемам, одна из которых носит количественный, а другая – принципиальный характер.Первая проблема связана с тем, что расчет деформирования даже микроскопическихобъектов при помощи атомарных моделей требует огромных вычислительных мощностей.Например, в 1 мм3 меди содержится порядка 1020 атомов, а при деформировании необходимо учесть движения каждого из них и взаимодействие, как минимум, со всеми соседнимиатомами.Однако, даже если решить проблему нехватки вычислительных мощностей, втораяпроблема останется. Она состоит в том, что построить модель конкретного тела на уровневзаимодействия составляющих его атомов невозможно, так как для этого, как минимум,надо знать расположение каждого атома.
Достаточно просто описываемое взаимодействиедвух атомов при увеличении числа атомных пар порождает на различных масштабныхуровнях все новые и новые общие закономерности. Уже на уровне кристаллической решетки наблюдается взаимодействие множества разнородных объектов, начиная от собственноатомов и вакансий и заканчивая скоплениями дислокаций, кристаллитами, межфазными имежзеренными границами.
Дальнейшее укрупнение рассматриваемых объемов приводитнас к еще более сложным явлениям. По этой причине необходимо усредненное моделирование, учитывающее закономерности только тех масштабных уровней, которые наиболеезначимы для рассматриваемой задачи. Такое усредненное описание можно сделать, используя в качестве основы статистический анализ экспериментальных данных и моделимеханики сплошной среды.Глава 2Основы экспериментальных методовмеханики деформируемого твердоготела2.1.2.1.1.Основные виды стандартных механических экспериментовТипы экспериментовВ соответствии с их целями эксперименты можно разделить на три типа.К первому типу относятся эксперименты по определению механических константматериалов, необходимых для точного или численного решения задач механики деформируемого твердого тела, создания технологий обработки материалов, расчета конструкций.Такие эксперименты проводятся на образцах специальной формы в условиях нагружения,минимизирующих количество действующих факторов, что необходимо для максимальнооднозначной трактовки связи между приложенной нагрузкой и наблюдаемой реакциейобразца.Ко второму типу принадлежат эксперименты по определению текущего механического состояния материала или детали, либо находящихся в условиях нагружения, близких к рабочим, либо принадлежащих эксплуатируемой конструкции.
Такие экспериментытребуют минимального влияния исследователя на исследуемый объект и проводятся нена образцах, а на натурных объектах.К третьему типу относятся эксперименты, проводимые с целью описания и понимания процессов, происходящих в деформируемых твердых телах на более высоких масштабных уровнях по сравнению с теми, которые рассматривались в главе 1. Такие эксперименты могут проводиться с использованием как стандартных образцов, так и натурныхобъектов, или модельных образцов, изготовленных таким образом, чтобы интересующийисследователя процесс проходил максимально изолированно от прочих для уменьшениячисла параметров, которые необходимо учитывать.Рассмотрим сначала эксперименты первого типа.2.1.2.Испытания образцов на одноосное статическое растяжениеНаиболее распространенным экспериментом первого типа является испытание образцов на одноосное статическое растяжение. Цилиндрический либо плоский образец (рис.2.1, а) состоит из рабочей части с постоянным поперечным сечением площади F0 (ширина2526Глава 2.
Основы экспериментальных методов механики . . .абsStslimstspl0dsys0.2ee=0,2%ddистeРис. 2.1. Испытание образцов на одноосное статическое растяжение: а) стандартный образец нарастяжение, б ) типичные кривые растяжения и определяемые по ним характеристики материалаили диаметр равны d) и головок, предназначенных для закрепления образца в захватах.Головки имеют большее поперечное сечение во избежание их пластического деформирования и разрушения в захватах.
Между головками и рабочей частью присутствует плавный переход для устранения концентрации напряжений, обеспечивающий на расстоянииоколо d/2 от головок однородное напряженно-деформированное состояние (НДС). В рабочей части образца с однородным НДС длины l0 производится измерение деформациипри нагружении образца. Пусть P – приложенная сила, l – длина, которую рабочая частьобразца приобрела под действием этой силы. Результатом проводимых измерений являются относительная деформация ε или логарифмическая деформация εln , используемая втом случае, если удлинение рабочей части образца достигает больших значений, и условное напряжение (или номинальное напряжение) σ, которые определяются из следующихвыражений:l − l0lPε=, εln = ln , σ =.(2.1)l0l0F0При некоторых условиях деформация для материалов с высокой пластичностью распределяется по длине образца неравномерно.
Например, для образцов из некоторых материаловпосле достижения максимального условного напряжения происходит образование шейки(рис. 2.1, б ), т. е. области с локальным утончением образца, в которой деформация существенно больше, чем в среднем по образцу.По результатам замеров строится диаграмма растяжения (рис. 2.1, б ), из которойопределяются следующие величины: E – модуль Юнга, который определяется как напряжение, отнесенное к деформации на линейном участке диаграммы растяжения; σp – предел пропорциональности при растяжении, после которого линейная зависимость междунапряжением и деформацией отсутствует; σy – физический предел текучести, если наблюдается площадка текучести: либо горизонтальный участок диаграммы растяжения,либо резкий переход от упругой части к пластической; σ0,2 – условный предел текучести:напряжение, определяемое по величине 0,2 % остаточной деформации (условный пределтекучести определяется при отсутствии явной границы участков упругого и пластическогодеформирования на диаграмме одноосного растяжения); σlim – временное сопротивлениеразрыву (максимальное значение условного напряжения); σt – конечное сопротивлениеразрыву (условное напряжение, при котором произошло разрушение); δ – остаточноеконечное удлинение после разрушения (как параметр пластичности материала); относительное остаточное уменьшение площади поперечного сечения в шейке ψ ≡ (F0 − Ft )/F0 ,где Ft – минимальная площадь в шейке после разрыва; δr ≡ ψ/(1−ψ) – истинное остаточное относительное удлинение с учетом локализации деформации в шейке; St ≡ σt (1 − ψ)– истинное сопротивление разрыву, учитывающее уменьшение площади в шейке.2.1..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
