3.9.2 Роль пластичних деформацій при коченні металів

Викладена гістерезисна теорія кочення задовільно описує опір кочення твердих металів по гумі. Однак спроба розповсюдити її в тому ж вигляді на випадок кочення металів не завжди виявляється успішною. Так, наприклад, в експериментах по коченню кульок із однойменних металів для приведення у відповідність експериментальних даних з розрахунками по гістерезисних теоріях кочення потрібно прийняти α_Г для твердої міді 0,32; для дюралюмінію 0,06; для фосфоритної бронзи 0,14; для загартованої сталі 0,01 при навантаженні 5,8–6 кгс на кульку. Ці значення α_Г виявляються дуже великими навіть з розрахунком двох–трьох кратного збільшення α_Г в порівнянні з α для простого циклу навантаження.

В умовах знакозмінних зсувних деформацій, пластичні деформації призводять до появи залишкових напружень в матеріалах. При наступних переходах по тому ж самому місці напружений стан матеріалу є функцією на тільки прикладеного в даний момент навантаження, але й залишкових напружень .

Комбінація цих напружень може бути такою, що ніде не виконується умова текучості. Отже, система немов пристосовується до діючого напруження, забезпечуючи пружну поведінку матеріалів. Для випадку жорсткого циліндру, який котиться по пружно–ідеально-пластичній основі, система пристосовується при умові, що p₀ < k, де p₀ – максимальне напруження на контакті; k – пластична стала.

Це наступає при навантаженні, яке на 70% перевищує межу пружності.

Якщо ж напруження буде вище цієї межі, то може виникнути наступна ситуація. В нормальному по відношенню до поверхні тертя напрямку не спостерігаються пластичні деформації і зовні контакт виглядає повністю пружним. Однак, під поверхнею тертя розвиваються відчутні деформації пластичного зсуву, який супроводжується значною розсіяністю енергії.

Схеми циклу навантаження мікрооб’єму матеріалу , який знаходиться на деякій глибині під поверхнею кочення, можна уявити такою, як на рис.46

Рис.46. До виникнення необоротного зсуву в напрямку кочення в приповерхневих шарах матеріалу

Початковий стан відповідає точці А. По мірі того, як елемент входить в зону контакту напруження зсуву ростуть до значення kпо лінії (пружна деформація). Потім змінюється напрямок зсуву і елемент прямує по лініі. В точціС деформації зсуву зникають і при подальшому русі катка відносно матеріалу змінюють напрямок (). Після того, як напруження досягнуть значенняk знову виникає пластичний зсув . Коли елемент залишає контактну зону, напруження в матеріалі падають, внаслідок чого змінюються деформації (). Після завершення повного циклу навантаження елемент під поверхнею одержує незворотній зсув () в напрямку кочення.

Табор встановив, що при малих навантаженнях на кульку експериментальні дані по опору кочення добре лягають на залежність виду , тобто коефіцієнт гістерезисних втрат майже не залежить від напруження. Проте при навантаженнях, які наближаються до тих, які викликають ознаки пластичних деформацій, деn=1,7…1,8 при коченні однойменних кульок.

Поява перших ознак пластичних деформацій у випадку контакту сфери з напівпростором викликає величину коефіцієнта гістерезисних втрат в межах 2…4%.