1.3 Упругая и пластическая деформация
Деформация металлов – это изменение их формы и размеров без макрораз-рушения под действием внешней силы.
Деформация металла может быть упругой (обратимой) и пластической (необратимой).
Упругой или обратимой деформацией называется такая, при которой после прекращения действия силы тело восстанавливает свои первоначальные форму и размеры. Упругая деформация возможна лишь до определенного предела, после которого начинается пластическая деформация.
При нормальных условиях между атомами металлического тела действуют электростатические уравновешивающие силы притяжения и отталкивания. Та-кому положению равновесия отвечает минимум потенциальной энергии крис-таллической решетки. Если приложить к телу внешнюю силу, то равновесие внут-ренних сил нарушается. Для восстановления равновесия атомы из положений устойчивого равновесия немного смещаются в ближайшие положения, не пре-вышающие расстояния между соседними атомами (параметра решетки); при этом потенциальная энергия решетки увеличивается. В новом положении атомов так-же достигается равновесие между внутренними силами притяжения и оттал-кивания, с одной стороны, и внешней силой – с другой. При упругой деформации как только устраняется внешняя сила, атомы занимают свои прежние места и между силами притяжения и отталкивания атомов вновь восстанавливаются равновесие и прежнее расстояние между атомами.
Пластической деформацией называется такая, при которой после прекра-щения действия нагрузки тело не восстанавливает своей первоначальной фор-мы и размеров. Пластической деформации всегда предшествует упругая.
Более наглядное представление об упругой и пластической деформациях возможно при рассмотрении растяжения цилиндрического металлического об-разца. По результатам таких испытаний строят диаграммы, на горизонтальной оси которых откладывают относительные или абсолютные деформации, а на вертикальной – силы или напряжения (рисунок 7).
При упругой деформации между напряжением и деформацией существут связь, которая определяется законом Гука:
,
(1)
где
– относительная упругая деформация,
равная отношению величины упругой
деформации к начальному размеру
деформируемого тела;
– нап-ряжение в поперечном сечении
растягиваемого образца, МПа; Е
– модуль
упругости, МПа.
Рисунок 7 – Диаграмма растяжения образца в координатах
напряжение – деформация
Согласно рисунку 7 закон Гука соблюдается на прямолинейном участке ОА, где наблюдается прямолинейная зависимость между напряжением и дефор-мацией. При снятой нагрузке деформация полностью исчезнет и образец при-мет первоначальные размеры. Наибольшее напряжение, при котором сохраня-ется прямолинейная зависимость между напряжениями и деформациями, назы-вается пределом пропорциональности и обозначается σпц. Величина упругой де-формации мала и обычно не превышает 0,1 – 0,2 %. При разгрузке образца от напряжений, превышающих предел пропорциональности, например от точки М на кривой, соотношение между напряжениями и деформациями будет опреде-ляться линией, параллельной ОА. В этом случае прямая зависимость между напряжением и деформацией нарушается и при полном удалении нагрузки исчезает только упругая часть деформации, а сохраняется остаточная дефор-мация εост.
Напряжение, которое при разгружении вызывает впервые появление ос-таточной деформации, является пределом упругости σу. На участке CD дефор-мация увеличивается при постоянном усилии. Это напряжение называется пределом текучести σт, а участок кривой – площадкой текучести. У большин-ства металлов на кривой растяжения отсутствует площадка текучести, в таком случае за предел текучести принмают напряжение, при котором получается остаточная деформация в 0,2 %.
При дальнейшем увеличении деформации напряжение возрастает, отражая влияние наклепа. Наибольшее напряжение на диаграмме, соответствующее на-ибольшей нагрузке, которую может выдержать растягиваемый образец, называется пределом прочности σв.
В обработке металлов давлением наибольшую важность представляет пре-дел текучести. Металлы обрабатываются давлением в интервале напряжений между их пределом текучести и пределом прочности.
Упругая деформация имеет большое значение в процессах обработки металлов давлением и всегда предшествует пластической, т.е. с упругими де-формациями связано появление напряжений, необходимых для осуществления пластической деформации.