1. Введение
Для прогноза результата пластического формоизменения, т.е. определения напряженно-деформированного состояния металла, необходимо построить математическую модель этого процесса.
Создание методов, количественного описания процессов пластического формоизменения способствует переходу на качественно новый уровень разработки, и проектирования новейших образцов оборудования и технологий.
Опираясь на достижения механики сплошных сред, металлофизики, химии теория пластичности развивается по трем основным направлениям: механико-математическому, физическому и физико-химическому.
Механико-математическое направление решения задач базируется на феноменологическом подходе. На подходе, который не рассматривает взаимодействие атомов деформированного тела на субмикроскопическом уровне, а на макроскопическом, отражающим статистические закономерности большого количества взаимодействующих частиц. В задачу данного направления входит определение напряженно-деформированного состояния при пластической деформации тела. Кроме этого, температурных полей, условий разрушения.
Физическое направление изучает механизм пластической деформации моно- и поликристаллов. Исследуется структура совершенной кристаллической решетки и различного рода дефекты. Особое внимание уделяется изучению дислокаций – линейных дефектов кристаллической решетки, образование и движение которых тесно связано с пластической деформацией и разрушением металлов.
Физико-химическое направление устанавливает связь химического состава и фазового состояния вещества с его пластическими свойствами.
На определенном уровне развития, очевидно, будет обеспечен единый подход к описанию сложных явлений сопровождающих процесс пластической деформации. Считается, что наиболее законченный характер исследований имеет место в механико-математической теории пластического формоизменения металлов. Рассмотрение теории пластичности начнем с физического направления.
2.Физические основы пластической деформации
2.1. Строениие металлов
Металлы имеют кристаллическое строение, рис.1.1. Кристалл-это твердое тело, в котором пространственное расположение атомов периодически повторяется. В узлах кристаллической решетки находятся атомы, которые совершают колебательные движения около своих центров масс. Кристаллы имеют правильное строение. Кристаллиты - неправильное. Тело, состоящее из нескольких кристаллитов, называется поликристаллом, из одного кристалла – монокристаллом.
Рис.2.1 Кристаллическая решетка.
Имеется четырнадцать
типов кристаллической решетки. Для
металлов рассматривается три. Кубическая
объемно – центрированная. Эта решетка
характерна для
- железа, элементарная ячейка куб.
Кубическая гранецентрированная. Эта
решетка характерна для
-
железа, элементарная ячейка куб.
Гексагональная плотноупакованная.
Элементарная ячейка – прямоугольная
шестигранная призма.
Фаза - однородная часть системы, имеющая одно агрегатное состояние. Структура – характеристика фазового состава металла, которая определяется формой, размерами и расположением соответствующих фаз. Различают макроструктуру и микроструктуру (без увеличения и с увеличением ).
Сплав – это вещество с металлическими свойствами, состоящее из нескольких компонентов. Сплавы состоят из нескольких фаз, которыми могут быть твердые растворы металлов, химические соединения, интерметаллические соединения металлов. Основа сплавов это твердые растворы. Существуют твердые растворы замещения и внедрения. Важнейшие твердые растворы: феррит – раствор углерода в - железе, аустенит – раствор углерода в - железе.