План лекций

1. Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 3-5-мин.)

2. Вступление (5 мин)

Вопросы лекции:

1. Понятие упругой и пластической диаграммы.

Диаграмма деформации (15мин).

2. Механизмы пластической деформации (дислокации) (15 мин).

3. Виды разрушения (10 мин).

4. Классификация механических свойств металлов (10мин).

5. Явление хладноломкости. Понятие о конструктивной прочности

металлов (10 мин).

3 Заключение (контрольные вопросы на самоподготовку) (10 мин).

ВСТУПЛЕНИЕ

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под дей­ствием внешних усилий. Деформации подразделяют на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а, пластические остаются после окончания действия приложенных сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положений равновесия; в основе пластических — необратимые перемещения атомов на значитель­ные расстояния от исходных положений равновесия.

Способность металлов пластически деформироваться называется пластичностью. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности, при холодном деформировании повышается прочность. Пластичность обеспечивает конструкционную прочность деталей под нагрузкой и нейтрализует влияние концентраторов напряжений.

Вопрос №1. Понятие упругой и пластической деформации. Диаграмма

деформации

Деформацией называется изменение размеров и формы металла под действием приложенных сил. Деформация металлов бывает упругой и пластической. Упругая устраняется после прекращения действия внешних сил, а пластическая сохраняется после прекращения действия внешних сил.

При упругой деформации под действием приложенной нагрузки расстояние между атомами в кристаллической решетке изменяется. При растяжении атомы удаляются, а при сжатии сближаются. Изменение межатомного расстояния очень мало, и после снятия нагрузки смещенные атомы под действием сил притяжения (после растяжения) и отталкивания (после сжатия) становятся на свои места.

При пластической деформации происходит скольжение (сдвиг) одной части кристалла относительно другой как результат перемещения атомов по определенным плоскостям кристаллической решетки.

Диаграмма растяжения металлов представляет собой зависимость напряжений от степени деформации металла.

Рисунок 1 – Диаграммы:

А – растяжения металлов для условных (1) и истинных(2) напряжений; I– область упругой деформации; II –область пластической деформации;

III – область развития трещин; б – истинных напряжений

Строится она при статических испытаниях, когда прилагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно. Кривая 1 характеризует деформацию металла под действием напряжений, величина которых является условной ( σ ), ее вычисляют делением нагрузки Р в данный момент времени на первоначальную площадь поперечного сечения образца F₀ (, кгс/мм² ). До точки А деформация пропорциональна напряжению Тангенс угла наклона прямой ОА к оси абцисс характеризует модуль упругости материала Е = / , где  - относительная деформация. Модуль упругости Е определяет жесткость материала, интенсивность увеличения напряжения по мере упругой деформации, т.е. смещение атомов из положения равновесия в решетке. Модуль упругости практически не зависит от структуры металла и определяется силами межатомной связи. Все другие механические свойства являются структурно чувствительными и изменяются в зависимости от структуры (обработки) в широких пределах.

Закон пропорциональности между напряжением и деформацией является справедливым лишь в первом приближении. При точных измерениях даже при небольших напряжениях в упругой области наблюдается отклонение от закона пропорциональности. Это явление называют неупругостью. Оно проявляется в том, что деформация, оставаясь обратимой, отстает по фазе от действующего напряжения. В связи с этим при нагрузке-разгрузке на диаграмме растяжения вместо прямой линии получается петля гистерезиса, так как линия нагрузки и разгрузки не совпадают между собой. Неупугость является причиной внутреннего трения, которое характеризует необратимые процессы потери энергии внутри металла при механических колебаниях. Неупругость связана с движением точечных дефектов, дислокаций и атомов в приграничных объемах.

Напряжение, соответствующее точке А называют пределом пропорциональности (σ _п.ц ). Обычно определяют условный предел пропорциональности, т.е. напряжение, при котором отклонение от линейной зависимости между нагрузкой и удлинение достигает такой величины, что тангенс угла наклона, образованный касательной к кривой деформации с осью напряжений, увеличивается на 50 % своего значения на линейном упругом участке.

Предел упругости – напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,05 % и меньше от начальной длины образца.

Предел текучести σ_Т— напряжение, начиная с которого деформация образца происходит почти без дальнейшего увеличения нагрузки:

Если площадка текучести по диаграмме растяжения данного материала отсутствует, то определяется условный предел текучести σ_0,2— напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %.

Физический предел текучести – напряжение, при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки.

Предел прочности (временное сопротивление) σ_В – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца.

При испытании на растяжение определяют, кроме того, характеристики пластичности. К ним относятся:

Относительное удлинение δ рассчитывается как отно­шение прироста длины образца после разрыва к его пер­воначальной расчетной длине, выраженное в процентах:

где l₁ — длина образца после разрыва, мм; l_o– расчетная (начальная) длина образца.

Относительное сужение ψ определяется отношением уменьшения площади поперечного сечения образца пос­ле разрыва к первоначальной площади его поперечного, сечения, выраженным в процентах,

здесь F₀ — начальная площадь поперечного сечения образца; F₁ - площадь поперечного сечения образца в месте разрушения.

Вопрос №2 – Механизмы пластической деформации (дислокации)

Механизм пластической деформации: скольжение и двойникование. Роль дислокаций в процессе пластической деформации скольжением.

Пластическая деформация осуществляется скольжением и двойникованием. Скольжение в кристаллической решетке протекает по плоскостям и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов, где сопротивление сдвигу минимально. В металлах с ГЦК решеткой скольжение протекает по 4-м плоскостям типа (111) и в направлениях диагонали куба [110] (всего 3 направления и 12 систем скольжения). В ОЦК металлах – по 6 плоскостям типа (110) и в направлениях типа [111], всего 12 систем скольжения. В кристаллах с ГПУ решеткой скольжение идет по плоскостям базиса, всего 3 системы скольжения.

Металлы с кубической кристаллической решеткой обладают высокой пластичностью, т. к. скольжение в них происходит во многих направлениях. Металлы с ГПУ решеткой менее пластичны, труднее поддаются прокатке, штамповке.

Процесс скольжения нельзя представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой. Такой синхронный сдвиг требует очень больших напряжений. Скольжение осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций (рис.2).

Рисунок № 2 – Движение краевой дислокации, приводящее к