7.1. Потеря устойчивости деформации

В процессе нагружения, после завершения упругой деформации наступает пластическая деформация. Под действием возрастающей нагрузки скорость деформации непрерывно возрастает и достигнув максимальной величины начнет понижаться. Так, при действии растягивающей нагрузки пластическая деформация начнется вдоль плоскости наиболее ориентированных с наибольшей плотностью упаковки. По мере увеличения нагрузки все большее число плоскостей вступает в действие по длине и сечению. При этом деформация будет устойчивой. При достижении максимальной величины нагрузки деформация сосредоточится в определенном месте и образуется шейка. В момент образования шейки произойдет потеря устойчивости деформации и скорость деформации начнет уменьшатся.

Не является исключением и деформация при кручении, при которой не образуется шейка. Обычно локализации деформации при кручении не наблюдается. Однако, при тонком проведении эксперимента и при кручении происходит потеря устойчивости деформации.

Прямое доказательство существования локальной деформации при кручении было дано Якутовичем на стали 45ХНМФА , закаленной и отпущенной при 400^ОС, рис.35.

Согласно рисунку вблизи места разрушения локальный сдвиг превышает средний сдвиг более чем в семь раз. Это наталкивает на мысль о необходимости раздельного изучения обоих участков пластической деформации и, в частности, условий перехода от равномерной к локальной деформации. Устойчивость процесса при равномерном ходе деформации означает, что происходящее пластическое течение одновременно и в одинаковой степени изменяет сложившиеся условия равновесия по длине образца.

Обычно при оценке прочности и работоспособности металла не придается внимание величине равномерной устойчивой деформации. Главной причиной этому является то, что величина устойчивой деформации мала по сравнению с полной деформацией до разрушения (15÷20%).

Экспериментальная проверка влияния равномерной деформации на механические свойства показала, что ею пренебрегать нельзя. Для доказательства этого были взяты образцы предварительно сдеформированные в области равномерной деформации, а затем из них были изготовлены образцы с надрезом для испытания на изгиб. Проведенные испытания на изгиб предварительно деформированных и недеформированных образцов показали, что предварительно деформированные образцы разрушились хрупко, без значительной деформации.

Переход от равномерной деформации к сосредоточенной сопровождается явлениями, вызывающими изменения в структуре.

Образование шейки с самого начала сопровождается появлением первых признаков текстуры, усиливающихся по мере развития шейки.

Рис. 35. Распределение относительного сдвига по длине образца при кручении стали 45ХНМФА

Рис. 36. Изменение скорости деформации в зависимости от степени деформации

Рис. 37. Приведенная диаграмма растяжения

Появление текстуры, очевидно, связанно с некоторыми изменениями в процессе пластического течения. При равномерной деформации скорость деформации остается примерно одинаковой. В момент образования шейки она резко возрастает (10÷16 раз), а затем остается примерно одинаковой, рис. 36.

Участок А слабоубывающей скорости деформации скачкообразно переходит в область В более высокой скорости, не меняющейся до самого конца испытания.

Резкое увеличение скорости деформации в момент образования шейки интересен с физической точки зрения. Теоретический анализ потери устойчивости деформации при растяжении проведен Якутовичем. Им были рассмотрены условия равновесия между растягивающей силой „Р”, напряжением „σ” и площадью поперечного сечения „F”, которое в дифференциальной форме имеет вид:

После преобразования этого уравнения

было показано, что сопротивление деформации „σ” является функцией деформации „ε”, скорости деформации„ ” и времени „τ”.

Учитывая то, что деформация и скорость деформации являются однозначными функциями только времени, возможно выразить через .