Упругая и пластическая деформация .

Деформацией называется изменение форм и размеров тела под действием приложенных сил (как внешних нагрузок так и возникающих в самом материале в результате протекания различных структурно - фазовых превращений или вследствие температурного градиента). Возникающие при этом напряжения в случае одноосного растяжения имеют вид: σ = Р/F H/м². Сила F, приложенная к некоторой площади чаще не перпендикулярна к ней, а направлена под некоторым углом. Тогда её можно разложить на две составляющие: нормальную (перпендикулярную плоскости),создающую нормальное напряжение, и касательную, действующую в плоскости площадки, и вызывающую касательное напряжение. Эти напряжения используют в расчетах на прочность. Так как одни процессы при деформации и разрушении определяются касательными напряжениями (пластическая деформация, разрушение путем среза), другие – нормальными (разрушение отрывом). Напряжения, рассчитанные как отношение нагрузки в данный момент к исходной площади сечения (без учета изменения сечения), называют условным и обозначают σ (нормальные),τ (касательные). Истинные напряжения, определяемые с учетом изменения сечения, обозначаются символами S и t соответственно. Деформация, исчезающая после снятия на­грузки, называется упругой, а сохраняющаяся после прекращения действия внешних напряжений - остаточной или пластической, если деформация происходит без разрушения.

При упругой деформации происходит обратимое смещение атомов из поло­жений равновесия в кристаллической решетке. Упругая деформация не вызывает заметных остаточных изменений в структуре и свойствах металла. После снятия на­грузки сместившиеся атомы под действием сил притяжения (при растяжении) или отталкивания (при сжатии) возвращаются в ис­ходное равновесное положение, и кристаллы приобретают перво­начальную форму и размеры. Упругие свойства материалов опре­деляются силами межатомного взаимодействия,

В основе пластической деформации лежит необратимое пере­мещение одних частей кристалла относительно других под действием касательных напряжений, превышающих определённую величину. После снятия нагрузки исчезает лишь упругая составляющая деформа­ции.

Пластичность, т. е. способность металлов до разрушения претерпевать значительную пластическую деформацию, является одним из важнейших свойств металлов. Благодаря пластичности осуществляется обработка металлов давлением. Пластичность по­зволяет перераспределять локальные напряжения равномерно по всему объему металла, что уменьшает опасность разрушения. Для металлов характерно большее сопротивление растяжению или сжатию, чем сдвигу. Скольжение происходит по кристаллографической плоскости или плоскостям скольжения с более плотной упаков­кой атомов, где наименьшее сопротивление сдвигу, так как в этом случае расстояние между соседними атомными плоскостями наибольшее. Скольжение осуществляется в результате перемещения в кристалле дислока­ций. В результате скольжения кристаллическое строение пере­мещающихся частей не меняется (рис. 3.1). Другим механизмом пластической деформации является двойникование. Как и скольжение, двойникование осуществляется за счет сдвига, однако в этом случае происходит сдвиг части кри­сталла в положение, соответствующее зеркальному отображению несдвинутой части (рис. 3.2). Двойникование, подобно скольже­нию, сопровождается прохождением дислокаций сквозь кристалл. При деформации двойникованием напряжение сдвига выше, чем при скольжении. Металлы, имеющие кубическую кристаллическую решетку обладают высокой пластичностью, так как скольжение у них происходит во многих направлениях. Металлы с гексагональной плотноупакованной структурой менее пластичны, поэтому труднее поддаются всем способам обработки давлением.

Деформация двой­никованием обычно наблюдается при низких температурах и вы­соких скоростях приложения нагрузки, так как в этих случаях для скольжения необходимо высокое напряжение сдвига. Двой­ники более характерны для металлов с ГП решеткой (Ti, Mg, Zn). В соответствии с дислокационной концепцией процессы сколь­жения и двойникования осуществляются не одновременным сдви­гом одной атомной плоскости относительно другой, а последова­тельным перемещением дислокаций в плоскости сдвига. Благодаря тому, что для перемещения дислокаций требуются значительно меньшие усилия, чем для жесткого смещения атомных плоско­стей, фактическое напряжение сдвига значительно меньше теоре­тического.

Величина напряжения, необходимого для осуществления пла­стической деформации, зависит от скорости деформирования и температуры. С увеличением скорости деформирования достиже­ние заданной деформации требует больших напряжений, а при по­вышении температуры значение необходимых напряжений снижа­ется. Таким образом, пластическая деформация является терми­чески активируемым процессом. При понижении температуры предел текучести большинства металлов растет. Металлы с ГЦК решеткой имеют значительно меньшую зависимость предела те­кучести от температуры, чем металлы с другими типами решеток.