3.3. Влияние скорости деформации

Влияние скорости деформации на диаграмму напряжений существенно зависит от температуры. Это связано с тем, что при температуре _р, составляющей около 0,4Т- абсолютной температуры плавления, а также при ее повышении в деформированном металле происходит с определенной скоростью процесс рекристаллизации. При этом происходит образование и рост (или только рост) одних кристаллических зepeн поликристалла за счет других той же фазы. В процессе рекристаллизации вещество переходит в состояние с большой термодинамической устойчивостью.

Различают три стадии этого процесса. На первой стадии в деформированном поликристалле образуются новые кристаллические зерна, которые растут, поглощая зерна, искаженные деформацией. Вторая стадия – собирательная. В ходе ее искаженные зерна растут одно за счет другого, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается. Наконец, на третьей стадии способность к росту проявляют лишь отдельные зерна, что приводит структуре с различными размерами зерна.

Рекристаллизация устраняет структурные дефекты, повышает пластичность, восстанавливает исходные (до деформации) свойства, текстуру металлов и при этом разупрочняет их. Итак, при пластической деформации образца, нагретого выше температуры рекристаллизации _р (такая деформация называется «горячей») наряду с упрочнением протекает процесс разупрочнения, вызванный рекристаллизацией.

3.4. Простейшие реологические модели

Рассматривая результаты экспериментов по растяжению цилиндрических образцов, мы отметили следующие фундаментальные свойства реального материала: упругость, вязкость и пластичность. Особенности поведения сплошной среды под действием приложенной нагрузки могут быть иллюстрированы комбинацией этих фундаментальных свойств.

В связи с этим удобно ввести простые реологические модели, вписывающие поведение некоторых идеализированных сред, изображая их условно механическими элементами.

Будем рассматривать линейное напряженное состояние (растяжения стержня). Обозначим  – соответствующее напряжение,  – относительное удлинение, έ=d/dt – скорость относительного удлинения.

Модель линейно-упругой среды, подчиняющейся закону Гука:

,

При построении модели жестко-пластической среды будем предполагать, что при напряжениях ниже предела текучести деформации отсутствуют. Пластическое течение имеет место при напряжении, удовлетворяющем условию текучести

_s.

Можно представить эту модель в виде груза, покоящегося на плоскости (элемент сухого трения; рис. 3.5, а).

Соединяя последовательно упругий и пластический элементы (рис.3.5, б) получим модель упруго-пластической среды. Диаграмма  -  для этой среды показана на рис. 3.5 , б. Общая деформация при этом состоит из двух частей: упругой ^e и пластической ^р:

=^e+^р.

При снятии нагрузки упругая деформация исчезает, остается пластическая деформация. На рис.3.3, в, г представлены диаграммы  -  для жестко-пластической и упруго-пластической линейно упрочняющейся среды.

Рис.3.3. Модели пластических сред:

а – жестко-идеально-пластическая среда;

б – упруго-идеально-пластическая среда;

в– жестко-пластическая линейно-упрочняющаяся cрeдa;

г – упруго-пластическая линейно-упрочняющаяся среда

Для решения теоретических задач необходимо преобразование геометрических моделей реологического поведения металла при данных термо-механических условиях в аналитические. На практике наиболее часто используются следующие модели апраксимирующие экспериментальные данные по одноосному растяжению или сжатию металла при различных термо-механических условиях деформации:

;

;

;

,

где А_i, N, N₁, С, m и n- коэффициенты, полученные в экспериментах по одноосному растяжению или сжатию.

Первые три формулы используются обычно при расчетах холодного деформирования, а последняя, для учета деформационного и скоростного упрочнения при горячем деформировании металлов.