Главная Псн Факторы, влияющие на пластичность металла.

Факторы, влияющие на пластичность металла.

Влияние температуры на пластичность металла.

Т ермической обработкой называют процессы, связанные с нагревом и охлаждением, вызывающие изменения внутреннего строения сплава, и в связи с этим изменения физических, механических и других свойств.

Термической обработке подвергают полуфабрикаты (заготовки, поковки, штамповки и т. п.) для улучшения структуры, снижения твердости, Улучшения обрабатываемости, и окончательно изготовленные детали и инструмент для придания им требуемых свойств.

В результате термической обработки свойства сплавов могут меняться в очень широких пределах. Например, можно получить любую твердость стали от 150 до 250 НВ (исходное состояние) до 600-650 НВ (после закалки). Возможность значительного повышения механических свойств с помощью термической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемые напряжения, а также уменьшить размеры и вес детали.

Основоположником теории термической обработки является выдающийся русский ученый Д.К. Чернов, который в середине Х I Х в., наблюдая изменение цвета каления стали при ее нагреве и охлаждении и регистрируя температуру «на глаз», обнаружил критические точки (точки Чернова).

Советские ученые достигли больших успехов в усовершенствовании уже известных и в разработке новых технологических процессов термической обработки стали.

В развитии учения о термической обработке, в создании прогрессивных методов технологии термической обработки советская наука и практика занимают ведущее место.

Основными видами термической обработки стали являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг стали.

Назначение отжига - снижение твердости, измельчение зерна (перекристаллизация), улучшение обрабатываемости, повышение пластичности и вязкости, снятие внутренних напряжений, устранение или уменьшение структурной неоднородности, подготовка к последующей термической обработке.

На результат отжига влияют следующие факторы:

1) скорость нагрева;

2) температура нагрева (отжига);

3) продолжительность выдержки при температуре нагрева (отжига);

4) скорость охлаждения.

Скорость нагрева . Допустимая скорость нагрева зависит от химического состава стали. Чем больше в стали углерода и специальных примесей, тем менее она теплопроводна и, следовательно, тем медленнее следует ее нагревать.

Температура нагрева . Температуру нагрева устанавливают в зависимости от содержания углерода и специальных элементов.

Полный отжиг

Полный отжиг характеризуется нагревом на 20-30 град выше температуры интервала превращений и медленным охлаждением до температуры ниже интервала превращений (обычно до 400 - 500 0 С). Полному отжигу подвергают доэвтектоидные и эвтектоидную стали. Для заэвтектоидных сталей целесообразным и практически применимым является неполный отжиг. Полный отжиг применяют для перекристаллизации структуры в горячодеформированных сталях и фасонном литье.

Отжиг горячедеформированной стали снижает прочность и повышает пластичность.

Если исходная структура трудно поддается исправлению и полный отжиг не в состоянии улучшить структуру стали, то применяют двойной отжиг. Первый высокий отжиг проводят при повышенной температуре 950-1000° С.

Неполный отжиг применяют преимущественно для заэвтектоидиой стали. Неполный отжиг доэвтектоидных сталей применяют для поковок, горячая обработка давлением которых проведена правильно с получением удовлетворительной микроструктуры. В этом случае назначением неполного отжига является перекристаллизация перлита и снятие внутренних напряжений перед механической обработкой. Температура нагрева при неполном отжиге доэвтектоидных сталей 770 - 800 о С.

Изотермический отжиг

При изотермическом отжиге аустенит превращается в феррито-цементитную смесь не при охлаждении в определенном интервале температур, как это происходит при обычном полном отжиге, а вовремя выдержки при постоянной температуре. Для изотермического отжига сталь нагревают до оптимальной температуры и после выдержки быстро охлаждают до температуры немного ниже критической точки (650-700 0 С). При этой температуре сталь выдерживают до полного распада аустенита, а затем охлаждают на воздухе. Преимуществом изотермического отжига по сравнению с обычным является значительное сокращение времени отжига и получение более однородной структуры.

Температура изотермической выдержки значительно влияет на получающуюся структуру и свойства. С понижением температуры, т.е. с увеличением степени переохлаждения аустенита, зерна цементита измельчаются, и получается более дисперсный перлит.

Практически изотермический отжиг проводят в двух печах: в одной печи детали нагревают, затем их переносят в другую печь, имеющую температуру немного ниже.

Низкотемпературный отжиг.

Низкотемпературный отжиг (высокий отпуск) применяют главным образом для легированных сталей (хромистых, хромоникелевых и др.) для снятия внутренних напряжений и для снижения твердости. Фазовая перекристаллизация при этом виде отжига отсутствует. Полного снятия внутренних напряжений достигают при нагреве до 600 0 С, поэтому низкотемпературный отжиг можно проводить в температурном интервале от 600 0 С. Выдержка для снятия внутренних напряжений тем меньше, чем выше температура нагрева. Охлаждение после нагрева должно быть достаточно медленным, чтобы вновь не возникли внутренние напряжения.

Диффузионный отжиг (гомогенизация)

Этот отжиг характеризуется нагревом до температуры значительно выше температур интервала превращений (на 180 - 300° С) с последующим медленным охлаждением.

Такой отжиг применяют для выравнивания химической неоднородности зерен твердого раствора путем диффузии, т.е. уменьшения микроликвации в крупных фасонных стальных отливках и слитках, главным образом легированной стали.

Диффузионный отжиг в связи с назначением его сделать сталь однородной (гомогенной) иначе называется гомогенизацией.

Так как скорость диффузии увеличивается с повышением температуры, а количество продиффундированного вещества становится тем больше, чем длительнее выдержка, то для энергичного протекания диффузии необходимы высокая температура и продолжительная выдержка.

Практически слитки нагревают до 1100 - 1150° С, выдерживают при этой температуре 12-15 ч, а затем медленно охлаждают до 250-200° С. Процесс диффузионного отжига продолжается около 80-100 ч.

В результате высокотемпературного длительного отжига происходит рост зерна. Этот недостаток микроструктуры устраняют тем, что слитки подвергают горячей механической обработке, в результате которой полностью уничтожается крупнозернистая структура литой стали; поэтому после гомогенизации слитки не подвергают отжигу для улучшения структуры.

Только в тех случаях, когда после гомогенизации слитки получаются с повышенной твердостью (например, слитки высоколегированных сталей), проводят дополнительный низко температурный отжиг при 650-680° С.

НОРМАЛИЗАЦИЯ СТАЛИ

Нормализацией называют нагрев стали до температуры на 30-50 град выше верхних критических точек, выдержку при этой температуре и охлаждение на спокойном воздухе. При нагреве низкоуглеродистых сталей до температур нормализации происходят те же процессы, что и при отжиге, т.е. измельчение зерен. Кроме того, вследствие охлаждения более быстрого, чем при отжиге, и получающегося в результате этого переохлаждения, строение перлита более тонкое (дисперсное), и количество эвтектоида (вернее, квазиэвтектоида) больше, чем при медленном охлаждении (при отжиге).

По сравнению со структурой отжига структура нормализации более мелкая, а механические свойства более высокие (повышенная прочность и твердость); это обеспечивается ускоренным охлаждением (на воздухе) по сравнению с медленным охлаждением (вместе с печью) при отжиге.

Если при охлаждении на воздухе образуется (в некоторых высоколегированных сталях) не перлит, а мартенсит - структура, характерная для закаленной стали, то такую термическую обработку называют не нормализацией, а воздушной закалкой.

ЗАКАЛКА СТАЛИ

Закалкой называют нагрев стали выше критической точки с последующим быстрым охлаждением. Обычно нагрев проводят на 30-50 град выше линии GSK на диаграмме железо - цементит.

Назначение закалки - получение высокой твердости или повышенной прочности. На результат закалки, как и отжига, влияют четыре основных фактора – скорость нагрева, температура нагрева, продолжительность выдержки и скорость охлаждения.

Основным и решающим фактором является скорость охлаждения - твердость и физико-механические свойства стали связаны со скоростью охлаждения.

ОТПУСК ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ

Отпуском называют нагрев закаленной стали до температуры ниже критической точки (727 0 С) с последующим охлаждением. Целью отпуска является частичное или полное устранение внутренних напряжений, снижение твердости и повышение вязкости. Отпуску подвергают закаленную сталь со структурой тетрагонального мартенсита и остаточного аустенита.

На рис. 2.9 представлены графики влияния холодной деформации на пластичность S, предел прочности а в и твердость НВ низкоуглеродистой стали. Из графиков видно, что уже при деформации, равной 20 %, наблюдается снижение пластичности металла в 3 раза, увеличение твердости и прочности примерно в 1,3 … 1,4 раза. Следовательно, в холодном состоянии из этой стали нельзя получить поковки сложной формы, так как металл при деформировании будет разрушаться вследствие низкой пластичности.

Для увеличения ковкости обрабатываемые металлы нагревают. С повышением температуры увеличивается пластичность и снижается сопротивление металлов деформированию. В качестве примера рассмотрим влияние температуры на пластичность 5 и предел прочности а в стали с содержанием углерода 0,42 % (рис. 2.10). При повышении температуры деформирования с 0 до 300 °С сопротивление деформированию несколько увеличивается, а затем падает с 760 до 10 МН/м 2 при 1200 °С, т. е. уменьшается почти в 76 раз. Пластичность же этой стали, наоборот, при повышении температуры от 0 до 300 °С сначала уменьшается, затем до температуры 800 °С резко увеличивается, после этого незначительно падает, а при дальнейшем увеличении температуры снова. увеличивается. Явление снижения пластичности при 300 °С называется синеломкостью, а при 800 °С - красноломкостью. Синеломкость объясняют выпадением по плоскостям скольжения мельчайших частиц карбидов, которые увеличивают сопротивление деформированию и уменьшают пластичность. Красноломкость появляется вследствие образования в металле многофазной системы, обладающей пониженной пластичностью. Это состояние характерно для неполной горячей обработки давлением. При температурах синеломкости и красноломкости деформировать сталь особенно нежелательно, так как при ковке возможно образование трещин в заготовке и, как следствие, брак продукции.

Различные металлы и сплавы обрабатывают давлением во вполне определенном температурном интервале АТ = Т ъ ~ Т л, где Т в и Т н - соответственно верхний и нижний температурные пределы обработки металла давлением.

Деформирование металла при температуре ниже Т н вследствие снижения пластичности может привести к его разрушению. Нагрев металла выше температуры Т в ведет к дефектам структуры металла, снижению его механических свойств и пластичности. Температурные интервалы обработки давлением для разных металлов различны, однако общим для них является то, что наибольшую пластичность металлы имеют при температурах, превышающих температуры рекристаллизации.

Влияние степени и скорости деформации. Степень и скорость деформации оказывают сложное влияние на пластичность и сопротивление металла деформированию. Причем это влияние зависит как от их значений, так и от того, в каком состоянии деформируют металл - горячем или холодном.

Степень и скорость деформации одновременно оказывают на металл и упрочняющее, и разупрочняющее действия. Так, с увеличением степени деформации, с одной стороны, увеличивается наклеп металла, а следовательно, повышается и его сопротивление деформированию. Но, с другой стороны, увеличение степени деформации, интенсифицируя процесс рекристаллизации, ведет к разупрочнению металла и снижению его сопротивления деформированию. Что касается скорости деформации, то с ее увеличением уменьшается время протекания процесса рекристаллизации и, следовательно, увеличивается упрочнение. Однако с повышением скорости деформации увеличивается количество выделяющейся в металле в момент деформирования теплоты, которая не успевает рассеяться в окружающую среду и вызывает дополнительный разогрев металла. Увеличение же температуры сопровождается снижением сопротивления металла деформированию.

В большинстве случаев ручной ковки металл деформируют в нагретом состоянии и увеличение степени и скорости деформации ведет к уменьшению пластичности и увеличению сопротивления деформированию.

Влияние схемы напряженного состояния. Схема напряженного состояния оказывает существенное влияние на пластичность, сопротивление деформированию и полное усилие обработки давлением.

Чем выще в деформируемом металле растягивающие напряжения, тем больше снижается его пластичность и тем вероятнее появление в нем трещин. Поэтому следует стремиться обрабатывать металл таким образом, чтобы в нем возникали сжимающие напряжения и отсутствовали растягивающие.

Так, металл имеет наименьшую пластичность в условиях деформирования по схеме линейного растяжения (см. рис. 2.6,/ и 2.7, а) и наибольшую - по схеме всестороннего неравномерного сжатия (см. рис. 2.6, iii и 2.11, а). Экспериментально установлено, что сплавы, непластичные в условиях одноосного растяжения, хорошо деформируются в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Чугун, например, при растяжении или открытой осадке (см. рис. 2.5) практически не деформируется, тогда как его можно подвергнуть значительным деформациям путем выдавливания с усилием Р и противодавлением Р п р по схеме, приведенной на рис.2.11 ,а.

Знание схем напряженного состояния имеет большое практическое значение. При ковке высоколегированных сталей на плоских бойках (см. рис. 2.5) на бочкообразной поверхности заготовки могут появляться трещины. Объясняется это тем, что в этой зоне напряженное состояние металла характеризуется наличием растягивающих напряжений о 3 . Если же эту заготовку осаживать в оправке (рис. 2.11, б) или ковать в вырезных бойках (рис. 2.11, в), то схема напряженного состояния металла будет соответствовать схеме всестороннего сжатия и, таким образом, можно избежать образования трещин.

В современном кузнечно-штамповочном производстве заготовки деталей из некоторых жаропрочных сплавов получают только выдавливанием, так как при других способах (осадка, гибка, открытая штамповка) наблюдается разрушение сплава.

1. Исходные материалы для металлургии: руда, флюсы, огнеупоры, топливо; пути повышения температуры горения металлургического топлива. Дайте определения и примеры химических формул.
2. Сущность процессов шлакования; роль шлаков и флюсов в металлургии (на примере доменной плавки).
3. Окислительно-восстановительные реакции в металлургии (на примере производства чугуна и стали).
4. Сущность доменного процесса; исходные материалы для получения чугуна, продукты доменной плавки, оценка эффективности работы доменной печи. Схема и принцип работы доменной печи.
5. Сталь. Сущность процесса получения стали методом прямого восстановления железа из руды. Приведите примеры восстановительных химических реакций при прямом восстановлении железа из руды.
6.Сущность процесса передела чугуна на сталь. Сравнительная характеристика основных способов производства стали: в конвертерах, в мартенах, электропечах.
7.Кислородно-конверторный способ получения стали: исходные материалы, технология, технико-экономические показатели. Схема кислородного конвертера.
8. Мартеновский способ получения стали: исходные материалы, технология, технико-экономические показатели. Схема мартеновской печи.
9. Плавка стали в электропечах: сущность процесса, исходные материалы, преимущества, область использования. Схема электропечи для выплавки стали.
11. Разливка стали, разливка в изложницы, непрерывная разливка, строение стального слитка. Схемы разливки в изложницу, схема непрерывной разливки стали, схемы слитков спокойной и кипящей стали.
12. Классификация отливок и способов литья по масштабу производства и технологическому признаку (примеры литья в разовые и постоянные формы).
13. Литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка, смачиваемость, газопоглощение, химическая активность, ликвация. Сравнение литейных свойств стали и чугуна.
14. Основные литейные сплавы: чугуны, силумины, бронзы, стали; связь их литейных свойств с технологией изготовления и качество литейной продукции.
15. Литье в песчаные формы: конструкция формы, литейная оснастка, формовочные материалы, область применения. Преимущества и недостатки литья в песчаные формы.
16. Литьё в оболочковые формы: исходные материалы, технология изготовления оболочки, область применения способа. Схема получения отливки. Преимущества и недостатки литья в оболочковые формы.
18.Литьё в кокиль: требования к кокилю и отливкам, облицованные кокили; область использования процесса. Принципиальная схема кокиля. Преимущества и недостатки пресса.
19. Литьё под давлением: сущность процесса, область использования. Принципиальная схема формы для литья под давлением. Преимущества и недостатки процесса.
20. Центробежное литьё: сущность процесса, область использования, преимущества и недостатки. Принципиальная схема центробежного литья.
21. Характеристика основных способов получения машиностроительных профилей; их сравнительная характеристика (прокатка, прессование, волочение). Принципиальные схемы указанных процессов.
22. Понятие о горячей и холодной обработке металлов давлением. Наклеп и рекристаллизация. Изменение механических свойств при наклепе и при последующем нагреве.
23.Пластичность металлов, влияние на пластичность химического состава, температуры нагрева, схемы напряженного состояния, скорость деформации.
24.Основные законы обработки давлением: постоянства объема наименьшего сопротивления, подобия; использование их в практике.
26.Прокатка металла
27. Ковка. Обл использования.
Вопрос 29.
Вопрос 30.
33. Аргонодуговая сварка: принципиальные схемы и разновидности, область использования.
34 . Автоматическая и механизированная сварка под флюсом: Принципиальные схемы, сварочные материалы, преимущества процесса и область применения.
36. Металлургические процессы при сварке: диссоциация веществ, насыщение металла o, n, h, процессы раскисления, шлакования, рафинирования металла сварного шва.
37 . Сварочные материалы.
38. Тепловые процессы
39 . Контактная сварка
40. Сущность процесса и материалы для пайки
45. Силы резания
49)Основные конструктивные части металлорежущих инструментов. Основные поверхности и кромки токарного резца.
50. Определение углов токарного резца в статической системе координат, их назначение и влияние на процесс резания.
51. Инструментальные материалы: инструментальные стали, твердые сплавы, режущая керамика, сверхтвердые инструментальные материалы. Их назначение и обозначение.
Инструментальные стали
Металлокерамические твердые сплавы
Твердые сплавы с покрытием
Стойкость металлорежущих инструментов
Допустимая скорость резания металлов
55. Общее устройство основных составных частей универсальных металлорежущих станков: несущих систем, приводов движений, рабочих органов и вспомогательных систем. Основные составные части
Несущие системы мс
Приводы главного движения (пгд)
Исполнительные механизмы
Вспомогательные системы
57. Кинемат характ приводов станка
61. Параметры режима резания на токарных станках и последовательность определения их рационального сочетания.
65. Сверление. Основные типы сверлильных станков и их назначение. Параметры режима резания при сверлении (V, s, t, to) и последовательность их рационального сочетания.
Пластичность - способность металла принимать под действием нагрузки новую форму не разрушаясь.
Пластичность металлов определяется также при испытании на растяжение. Это свойство обнаруживается в том, что под действием нагрузки образцы разных металлов в различной степени удлиняются, а их поперечное сечение уменьшается. Чем больше способен образец удлиняться, а его пеперечное сечение сужаться, тем пластичнее металл образца.
В условиях обработки металлов давлением на пластичность влияют многие факторы: состав и структура деформируемого металла, характер напряженного состояния при деформации, неравномерность деформации, скорость деформации, температура деформации и др. Изменяя те или иные факторы, можно изменять пластичность.
1.Состав и структура металла . Пластичность находится в прямой зависимости от химического состава материала. С повышением содержания углерода в стали пластичность падает. Большое влияние оказывают элементы, входящие в состав сплава как примеси. Олово, сурьма, свинец, сера не растворяются в металле и, располагаясь по границам зерен, ослабляют связи между ними. Температура плавления этих элементов низкая, при нагреве под горячую деформацию они плавятся, что приводит к потере пластичности.
2.Влияние температуры неоднозначно. Малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали, с повышением температуры, становятся более пластичными (1). Высоколегированные стали имеют большую пластичность в холодном состоянии (2). Для шарикоподшипниковых сталей пластичность почти не зависит от температуры (3) . Отдельные сплавы могут иметь интервал повышенной пластичности (4). Техническое железо в интервале 800…1000 0 С характеризуется понижением пластических свойств (5). При температурах, близких к температуре плавления пластичность резко снижается из-за возможного перегрева и пережога.
3.Характер напряженного состояния . Один и тот же материал проявляет различную пластичность при изменении схемы напряженного состояния. Схема всестороннего сжатия является наиболее благоприятной для проявления пластических свойств, так как при этом затрудняется межзеренная деформация и вся деформация протекает за счет внутризеренной. Появление в схеме растягивающих напряжений снижает пластичность. Самая низкая пластичность наблюдается при схеме всестороннего растяжения.
4.Скорость деформации . С повышением скорости деформации в условиях горячей деформации пластичность снижается. Имеющаяся неравномерность деформации вызывает дополнительные напряжения, которые снимаются только в том случае, если скорость разупрочняющих процессов не меньше скорости деформации.
Пластичность зависит от структурного состояния металла , особенно при горячей деформации. Неоднородность микроструктуры снижает пластичность. Однофазные сплавы, при прочих равных условиях, всегда пластичнее, чем двухфазные. Фазы имеют неодинаковые механические свойства, и деформация получается неравномерной. Мелкозернистые металлы пластичнее крупнозернистых. Металл слитков менее пластичен, чем металл прокатанной или кованой заготовки, так как литая структура имеет резкую неоднородность зерен, включения и другие дефекты.

Факторы, влияющие на пластичность металла

Пластичность зависит от природы вещества (его химического состава и структурного строения), температуры, скорости деформации, степени наклепа и от условий напряженного состояния в момент деформации.

^ Влияние природных свойств металла. Пластичность находится в прямой зависимости от химического состава материала. С повышением содержания углерода в стали пластичность падает. Большое влияние оказывают элементы, входящие в состав сплава как примеси. Олово, сурьма, свинец, сера не растворяются в металле и, располагаясь по границам зерен, ослабляют связи между ними. Температура плавления этих элементов низкая, при нагреве под горячую деформацию они плавятся, что приводит к потере пластичности. Примеси замещения меньше снижают пластичность, чем примеси внедрения.

Пластичность зависит от структурного состояния металла, особенно при горячей деформации. Неоднородность микроструктуры снижает пластичность. Однофазные сплавы, при прочих равных условиях, всегда пластичнее, чем двухфазные. Фазы имеют неодинаковые механические свойства, и деформация получается неравномерной. Мелкозернистые металлы пластичнее крупнозернистых. Металл слитков менее пластичен, чем металл прокатанной или кованой заготовки, так как литая структура имеет резкую неоднородность зерен, включения и другие дефекты.

^ Влияние температуры . При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, все металлы хрупкие. Низкую пластичность необходимо учитывать при изготовлении конструкций, работающих при низких температурах.

С повышением температуры пластичность малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей повышается. Это объясняется тем, что происходит исправление нарушений границ зерен. Но повышение пластичности происходит не монотонно. В интервалах некоторых температур наблюдается «провал» пластичности. Так для чистого железа обнаруживается хрупкость при температуре 900-1000 о С. Это объясняется фазовыми превращениями в металле. Снижение пластичности при температуре 300-400 о С называется синеломкостью , при температуре 850-1000 о С – красноломкостью .

Высоколегированные стали имеют большую пластичность в холодном состоянии. Для шарикоподшипниковых сталей пластичность практически не зависит от температуры. Отдельные сплавы могут иметь интервал повышенной пластичности.

Когда температура приближается к температуре плавления, пластичность резко снижается из-за перегрева и пережога. Перегрев выражается в чрезмерном росте зерен предварительно деформированного металла. Перегрев исправляется нагревом до определенной температуры и последующим быстрым охлаждением. Пережог - неисправимый брак. Он заключается в окислении границ крупных зерен. При этом металл хрупко разрушается.

^ Влияние наклепа и скорости деформации . Наклеп понижает пластичность металлов.

Влияние скорости деформации на пластичность двояко. При горячей обработке давлением повышение скорости ведет к снижении пластичности, т.к. наклеп опережает рекристаллизацию. При холодной обработке повышение скорости деформации чаще всего повышает пластичность из-за разогрева металла.

^ Влияние характера напряженного состояния. Характер напряженного состояния оказывает большое влияние на пластичность. Возрастание роли напряжений сжатия в общей схеме напряженного состояния увеличивает пластичность. В условиях резко выраженного всестороннего сжатия возможно деформировать даже очень хрупкие материалы. Схема всестороннего сжатия является наиболее благоприятной для проявления пластических свойств, так как при этом затрудняется межзеренная деформация и вся деформация протекает за счет внутризеренной. Возрастание роли напряжений растяжения приводит к снижению пластичности. В условиях всестороннего растяжения с малой разностью главных напряжений, когда касательные напряжения малы для начала пластической деформации, даже самые пластичные материалы хрупко разрушаются.

Оценить пластичность можно через . Если увеличивается, то и пластичность увеличивается, и наоборот. Опыт показывает, что изменяя напряженное состояние, можно все твердые тела сделать пластичными или хрупкими. Поэтому пластичность считают не свойством, а особым состоянием вещества .
^

Условие пластичности

Условие пластичности для линейного напряженного состояния

Условием пластичности называется условие перехода упругой деформации в пластическую , т.е. оно определяет точку перегиба на диаграмме растяжение-сжатие.

В линейном напряженном состоянии, например при растяжении образца, пластическая деформация начинается тогда, когда нормальное напряжение достигает предела текучести. То есть для линейного напряженного состояния условие пластичности имеет вид:
.

Примечание: в процессе деформации изменяется. Поэтому в теории пластичности вместо понятия «предел текучести» пользуются понятием «сопротивление деформации», т.е. удельное усилие, приводящее образец в пластическое состояние в процессе однородного линейного растяжения при данной температуре, данной скорости и степени деформации.

При объемном напряженном состоянии тоже должно быть определенное соотношение между сопротивлением деформации и главными нормальными напряжениями для начала пластической деформации.
^

Условие постоянства максимального касательного напряжения (условие пластичности Сен-Венана)

На основании опытных данных Треска установил, что для начала пластической деформации максимальное касательное напряжение должно достигнуть определенной, постоянной для данного металла величины. Сен-Венан на основании этих опытов вывел условие пластичности. Он установил, что пластическая деформация наступает тогда, когда максимальное касательное напряжение достигает величины, равной половине предела текучести, т.е.
. Но
. Отсюда получаем
.

Таким образом, условие пластичности Сен-Венана имеет вид:

Пластическая деформация наступает тогда, когда максимальная разность главных нормальных напряжений достигает величины сопротивления деформации, т.е.

В произвольных осях уравнение пластичности имеет вид:

Опытная проверка этого закона показала расхождение теории с практикой 0-16%. Это объясняется тем, что уравнение не учитывает влияние среднего главного напряжения .

Энергетическое условие пластичности (условие пластичности Губера – Мизеса - Генки)

Согласно условию пластичности Сен-Венана переход тела из упругого состояния в пластическое не зависит от среднего напряжения . М. Губер, З. Мизес и Г. Генки предложили новое условие пластичности:

Пластическая деформация наступает тогда, когда интенсивность напряжений достигает величины, равной пределу текучести при линейном напряженном состоянии, т.е.

После подстановки формулы для интенсивности напряжений получим

Или в главных напряжениях

Учитывая, что при линейном напряженном состоянии
, получаем
.

Это условие пластичности называется еще условием постоянства интенсивности напряжений или условием постоянства интенсивности касательных напряжений или условием постоянства октаэдрических напряжений.

Условие пластичности Губера-Мизеса-Генки называется энергетическим условием пластичности, т.к. оно было выведено из энергетического условия: пластическая деформация наступает тогда, когда потенциальная энергия упругой деформации, направленная на изменение формы тела, достигнет определенного значения независимо от схемы напряженного состояния.

Из условия пластичности следует, что условие перехода упругой деформации в пластическую не зависит от абсолютной величины главных напряжений, а зависит только от их разности. Увеличение или уменьшение главных напряжений на одну и ту же величину не изменяет условия наступления пластической деформации, т.е. переход из упругого состояния в пластическое не зависит от шарового тензора, а зависит только от девиатора напряжений.

Для дальнейших преобразований введем безразмерную величину – направляющий тензор напряжения:
, выразим через :
и подставим в уравнение пластичности:

После преобразований получим:

О
бозначим
, тогда уравнение пластичности примет вид:

Коэффициент называется коэффициентом Лоде по имени ученого,

Экспериментально проверившего уравнение пластичности.

Поскольку
, возможны следующие крайние случаи:

, тогда
и
;

, тогда
и ;

, тогда
и
;

т.е. коэффициент Лоде принимает значения от 1 до 1,15. В том случае, когда , уравнение пластичности принимает вид
, т.е. совпадает с условием пластичности Сен-Венана. В случае, когда
, расхождение условий пластичности составляет максимальное значение (около 16%).

Влияние природных свойств металла. Пластичность находится в прямой зависимости от химического состава материала. С повышением содержания углерода в стали пластичность падает. Большое влияние оказывают элементы, входящие в состав сплава как примеси. Олово, сурьма, свинец, сера не растворяются в металле и, располагаясь по границам зерен, ослабляют связи между ними. Температура плавления этих элементов низкая, при нагреве под горячую деформацию они плавятся, что приводит к потере пластичности. Примеси замещения меньше снижают пластичность, чем примеси внедрения.

Влияние температуры . При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, все металлы хрупкие. Низкую пластичность необходимо учитывать при изготовлении конструкций, работающих при низких температурах.

Влияние наклепа и скорости деформации . Наклеп понижает пластичность металлов.

Влияние характера напряженного состояния. Характер напряженного состояния оказывает большое влияние на пластичность. Возрастание роли напряжений сжатия в общей схеме напряженного состояния увеличивает пластичность. В условиях резко выраженного всестороннего сжатия возможно деформировать даже очень хрупкие материалы. Схема всестороннего сжатия является наиболее благоприятной для проявления пластических свойств, так как при этом затрудняется межзеренная деформация и вся деформация протекает за счет внутризеренной. Возрастание роли напряжений растяжения приводит к снижению пластичности. В условиях всестороннего растяжения с малой разностью главных напряжений, когда касательные напряжения малы для начала пластической деформации, даже самые пластичные материалы хрупко разрушаются.

Условием пластичности называется условие перехода упругой деформации в пластическую , т.е. оно определяет точку перегиба на диаграмме растяжение-сжатие.

В линейном напряженном состоянии, например при растяжении образца, пластическая деформация начинается тогда, когда нормальное напряжение достигает предела текучести. То есть для линейного напряженного состояния условие пластичности имеет вид: .

Сен-Венан на основании этих опытов вывел условие пластичности. Он установил, что пластическая деформация наступает тогда, когда максимальное касательное напряжение достигает величины, равной половине предела текучести, т.е. . Но . Отсюда получаем .