5.11. Неравномерность деформаций

И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Как было выяснено ранее (см. стр. 83), напряженное состояние точки вполне определяется тензором напряжений. При переходе же от одной точки тела к другой будут изменяться компоненты тен-

168

зора напряжений, в общем случае изменяться будут и направления главных осей. Поэтому для получения полного представления о на­пряженном состоянии тела необходимо знать напряженное состоя­ние всех его точек, иначе говоря, распределение напряжений.

В отдельных частных случаях все точки тела имеют одно и то же напряженное состояние, характеризуемое одним и тем же тензором напряжений. Так, например, при линейном растяжении образца, до момента начала образования шейки, напряжения в любых точках образца (удаленных от мест зажима) одинаковы, напряженное состояние образца однородно; однородна и де­формация. Основные особенности последней изложены ранее (см. стр. 121).

При пластическом деформировании в процессах обработки металлов давлением однородной деформации практически не бы­вает, хотя при теоретическом решении ряда задач часто условно допускают, что плоскости и прямые не искажаются при деформа­ции.

При обработке металлов давлением, как правило, возникает неоднородность напряженного состояния, а следовательно, и неоднородность деформации. Вопрос этот изучали ряд исследова­телей, из которых в первую очередь следует упомянуть И. М. Пав­лова, С. И. Губкина и Н. И. Корнеева.

В связи с неоднородностью деформации отдельные слои и эле­менты деформируемого тела стремятся к различному изменению размеров. В то же время отдельные слои и элементы тела не могут изменить своих размеров самостоятельно без влияния на соседние слои и элементы. «Поэтому слои, стремящиеся к большему измене­нию размеров против (некоторого) среднего значения, будут пере­давать слоям и элементам, стремящимся к меньшему изменению размеров, силы такого знака, которые увеличивают изменение раз­меров. Слои и элементы, стремящиеся к меньшему изменению раз­меров, будут передавать слоям и элементам, стремящимся к боль­шему изменению размеров, силы такого знака, которые уменьшают изменение размеров» (С. И. Губкин [12]).

В результате, кроме внутренних сил, уравновешивающих внешние приложенные силы, в теле возникают взаимно уравнове­шивающиеся внутренние силы, обусловливающие напряжения, которые не могут быть отражены условиями на контуре и уравне­ниями равновесия (см. стр. 101). Они не определяются схемой на­пряженного состояния, соответствующей внешним силам.

Эти взаимно уравновешивающиеся напряжения названы С. И. Губкиным дополнительными, и, учитывая, что неоднород­ность напряженного состояния, как правило, существует всегда, С. И. Губкин сформулировал следующее положение:

«При любом пластическом изменении формы в слоях и элементах тела, стремящихся к большему изменению размеров, возникают дополнительные напряжения, знак которых отвечает уменьшению размеров, а в слоях и элементах тела, стремящихся к меньшему изменению размеров, возникают дополнительные напряжения, знак которых отвечает увеличению размеров» [12].

Дополнительные напряжения могут быть трех родов: а) допол­нительные напряжения первого рода, уравновешивающиеся между отдельными слоями тела; б) дополнительные напряжения вто­рого рода, уравновешивающиеся между отдельными кристал­литами, и в) дополнительные напряжения третьего рода, урав­новешивающиеся между отдельными элементами кристаллитов [12, 13].

Возникая в деформируемом теле, дополнительные напряже­ния могут:

а) оставаться в теле после снятия нагрузки в виде остаточных напряжений *, что в общем случае может вызывать снижение пла- стических качеств металла, понижение химической стойкости, поводку, коробление;

б) сниматься в результате возникновения пластической де- формации в слоях и элементах, в которых они возникли под дей- ствием дополнительных сдвигов;

в) сниматься за счет нарушения целостности тела в отдельных его слоях и элементах, т. е. вызывать макро- и микротрещины, которые, в свою очередь, вызывают брак заготовок, получаемых обработкой давлением.

Возникновение дополнительных напряжений в процессе дефор­мирования вызывает следующие неприятные для обработки ме­таллов давлением последствия: а) увеличение сопротивления де­формированию; б) снижение пластичности и в) искажение той картины распределения напряжений в теле, которая вытекает из условий на контуре и условий равновесия.

Поскольку неравномерность напряженного состояния является общим случаем, а однородная деформация — частным случаем, постольку трудно говорить о причинах, вызывающих неравномер­ное напряженное состояние./Однако надо учитывать следующие факторы, воздействием на которые~можио влиять на процесс дефор­мирования для снижения неоднородности деформации.

1. Контактное трение, т. е. трение на поверхности со­прикосновения обрабатываемой заготовки и деформируемого ин­струмента. Трение в ряде случаев создает неоднородное напря­женное состояние, а в других случаях увеличивает степень неодно­родности. Так, например, считают, что при операции осадки без контактного трения деформация была бы однородной, в резуль­тате же контактного трения однородность деформации нарушается. Поэтому давящий инструмент требует особо тщательной обработки поверхности, а применение смазки всегда оказывает благотворное влияние.