Лекція 5 Реологічні властивості металів

5.1. Визначення реології. Функціонал.

Реологія – це наука про деформації та плин різноманітних реальних тіл (рідини, пластмаси, масиви гірських пород, справина для кондитерських виробів, метали і їх сплави..)

Реологія металів і їх сплавів - розділ науки про плин , у якому вивчаються взаємозв’язки між деформаціями і напруженнями з урахуванням впливу параметрів зовнішнього середовища .

В обробці металів тиском вивчення цих зв’язків має велике значення , бо визначає один із найголовніших параметрів процесів пластичної формозміни металів – опір деформації . Залежність опору деформації від хімічного складу металу, температури обробки, степені та швидкості деформації дуже складна.

У загальному вигляді реологічне рівняння має вигляд складного функціоналу.

, (5.1)

де накопичена степінь деформації металу;

H  інтенсивність швидкостей зсуву;

t  температура;

закон (функція) розвитку деформації в часі;

сукупність параметрів або функція фізико-хімічної взаємодії металу з навколишнім середовищем.

5.2. Практична реологія металів

В теоретичних основах обробки металів тиском створення функціоналу типу (5.1) для реальних полікристалічних матеріалів з використанням навіть найсучасніших положень металофізики поки що неможлива. Тому, метали розглядаються не як кристалічна речовина, а як суцільне середовище (феноменологічний підхід).

У такому розгляді , як показують результати досліджень багатьох вчених, замість функціоналу (5.1) є правомірним використання функції :

(5.2)

где и ступінь і швидкість деформації відповідно, ів даному випадку не функції, а параметри.

У практиці пластичного формозміни металів залежність опору деформації , визначають в залежності від ступеня і швидкості деформацій і температури:

(5.3)

Такому спрощенню повною мірою сприяла визнана зараз гіпотеза Ленського-Іллюшина про „траєкторії деформації малої кривизни”, яка припускає, що закон розвитку деформацій у часі мало впливає на опір деформації в реальних процесах обробки металів тиском – куванні, прокатці, штампуванні, волочінні, пресуванні. Тому функцієюможна знехтувати у функціоналі (5.1) і функції (5.2)

Спрощена запис (5.2)

(5.3)

на даний час є загальноприйнятою в якості теоретичної основи для експериментального вивчення реологічних характеристик металів і сплавів.

Випробування зразків металу здійснюється на приладах – пластометрах (реометрах) пластичним стисненням, розтягуванням, крутінням.

5.3. Випробування розтягуванням

Згадаємо відомі в техніці випробування зразків матеріалів розтягуванням, на основі яких Гук запропонував закон

Н

Рис.5.1.

а рис.5.1. :

- початкова довжина зразка;

- кінцева довжина зразка;

- абсолютне подовження зразка;

P – сила.

За законом Гука напруження при пружній деформації тіла пропорційне відносно його деформації

(5.5)

де напруження, в МПа; Р – сила розтягування зразка; Е – модуль пружностіI роду (модуль Юнга) в МПа; відносне подовження зразка під дією сили Р.

При деформації зразки крутінням (зсувом )

, (5.6)

де дотичне напруження, Мпа;

відносний зсув (кут зсуву крутіння); модуль зсуву (модуль пружностіII роду).

При випробуванні зразка металу пластичним розтягуванням діаграма залежності має вигляд, що на рис.5.2.

Точки: А – межа пропорційності

(ОА – інтервал дії закону Гука);

- межа пружності;

В – межа пластичного плину;

() – площинка пластичного плину ;

D – межа міцності матеріалу;

() - нелінійність матеріалу пружна.

У цьому випробуванні напруження на кожній ділянці визначають відношення сили з якою розтягують зразок в кожну мить до площі його перетину

. (5.7)

Якщо сила відноситься до площі перетину зразка вихідної , то таке напруження називають у м о в н и м , „умовна межа плину”.

Але , коли величину сили , що діє в даний момент часу, відносять до змінюваної миттєвої площі перетину зразка, то використовують терміни:

• „істинна межа плину”,

• „істинне напруження плину ”,

Зразок металу, який піддається випробуванню може деформуватися

о д н о р і д н о і н е о д н о р і д н о.

Однорідною деформацією називають таку зміну форми тіла, при якій люба площа перетину змінюється однаково в усі проміжки часу дії деформуючої сили. При цьому сила може змінюватись у часі.

Порушення наведеної умови призводить до неоднорідності деформації . Найпростішим прикладом неоднорідності деформації є розтягування зразка з формуванням шийки на ньому.