2. Контрольні запитання

1. Дайте визначення терміну „система”.

2. Перелічіть складові моделей системи

3. Що таке стан системи?

4. Три головні задачі теорії тезнічних систем.

5. Якого виду зв’язки бувають між системами?

6. Які бувають види опису технічних систем?

7. Що таке стиглість системи?

8. Дайте визначення терміну „операнд”.

9. Дайте визначення терміну „перетворення”.

10. Що таке „оператор”?

11. Які зв’язки „ обумовлюють” дію системи?

12. Визначення „технології „ в ТТС.

13. На які стадії розподіляється проектування технічних систем?

Лекція 3 Фізичні основи пластичної формозміни металів

3.1. Кристалічна будова металів

Метали мають кристалічну будову . Реальні метали та їх сплави складаються із множини кристалів неправильної форми , що мають назву кристалітів. Внутрішня їх будова не відрізняються від внутрішньої будови кристалів.

Метали мають різну кристалічну решітку у вигляді :

• куба з центрованими гранями;

• куба об’ємацентрованого;

• гексагональної фігури.

Великі монокристали металів вирощують штучно лише у наукових цілях, наприклад, для вивчення анізотропії властивостей у різних кристалографічних напрямках (E,G, та ін.).

Реальні сталі і сплави мають полікристалічну структуру з малими розмірами зерен (кристалітів) у порівнянні з розмірами тіла, що деформується. При цьому зерна своїми кристалографічними площинами розташовані хаотично - під різними кутами один до одного, а також до любого напрямку.

Пластичні властивості металів, які складаються їз безкінечної кількості зерен , усереднюються і не залежать від напрямку деформації. Тіло вважається квазиізотропним (феноменологічний підхід).

Пластичність – це здатність матеріалів піл впливом зовнішніх сил незворотно (залишково) змінювати свою форму без руйнування.

3.2. Головні механізми пластичних деформацій

Пластичність металу визначається дією багатьох факторів. З одного боку пластичність залежить від структури і температурно-швидкісних умов деформування , з іншого – залежить від схеми напруженого стану і механіки течії. Наприклад, в умовах всебічного стиснення параметри пластичності підвищуються, а при більш високих значеннях гідростатичного тиску – значною мірою , впритул до створення можливості пластичного деформування зовсім крихких матеріалів (мрамор, наприклад, у дослідах Бріджмена змінював форму пластично зі значними степенями деформації).

Вивченню механізмів пластичної деформації металів , що забезпечують пластичний плин , присвячена фізична теорія пластичності . Вона призначена вивчати не тільки різні механізми деформації, але і виявляти граничні параметри (структурні і температурно-швидкісні умови ) , при яких спостерігається зміна одного механізму іншим, або одних комбінацій діючих механізмів іншими. Рівень теорії у металофізиці не дозволяє вирішувати проблему у такій постановці, тому на перший план виходять експериментальні дослідження щодо пошуку таких умов деформації, при яких забезпечується найбільш повна реалізація пластичних властивостей.

Експериментально виявлено низку механізмів : ковзання, зміщення, крутіння зерен, зсув, двійникування. Кристалітам з кубічною і гексагональною ділянками притаманне ковзання. Установлено, що напрямками зсуву однієї частини кристалу відносно сусідньої є напрямки з найбільш щільно упакованими атомами.

Двійникуванням називають переорієнтацію симетричного характеру областей кристалічної решітки. Решітка всередині цих областей є дзеркальним відображенням решітки усього кристаліта. Зазвичай деформація двійникуванням наступає тоді, коли рух дислокацій ковзанням утруднений. Двійники бувають кристалізаційні и деформаційні.

Полигонізація ()–процес формування стінки із безладно розкиданих в зерні дислокацій з формуванням стійкої чарункової структури при нагріванні нагартованих металів і сплавів (низькотемпературний з усіх процесіа) . Полигонізація є складним дислокаційним процесом їх перерозподілу та взаємодії між дислокаціями, який утруднює пластичну деформацію при більш високої температурі

Передрекристалізаційна полігонізація - процес перерозподілу дислокацій; формування субзерен, нових субмеж між ними і коалесценція (злиття) полігонів з руйнуванням дислокацій між ними сприяє деформації.

Сукупність площини і напрямку ковзання називається системою ковзання . Відстань між полосами ковзання складає 1 мкм .

Полоси ковзання виглядають на полірованій поверхні тіла в вигляді ліній Чєрнова-Людерса.

Рис.3.1. Деформація ковзанням (а) і двійникуванням (б)

Ковзання вважають основним механізмом пластичної деформації, проте у деяких металів спостерігається двійникування (б).

При цьому частина кристалу переходить в стрибком у положення . яке симетричне відносно площини двійникування (своєрідне віддзеркалення)

У деяких металах і сплавах спостерігається після пониження пластичності (після I двійникування) ії підвищення за рахунок вторинного двійникування (II), але відкриває шлях до переміщення заблокованих дислокацій.

В реальних кристалах спостерігається їх недосконалість у вигляді домішок , які заміщують атоми металу, або створюються порожнини з яких атоми дислокують поміж вузлами решітки, створюють мозаїчні блоки , межі зерен. Особливий вид недосконалостей – це дислокації . Вони бувають різні – крайові і гвинтові. У сусідніх площинах – різна щільність атомів, тому дислокації бувають позитивні () і негативні (Т) . Лишня в порівнянні з ідеальною решіткою площина називається екстраплощиною . Ії край – лінія дислокації. Напрямок руху иТ дислокацій – зустрічний . Дислокацій дуже багато. У відношенні до металів на 1 -дислокацій.

Гвинтова дислокація формується внаслідок часткового зсуву на 1 параметр решітки (кристаліта) . Розглядають праву и ліву гвинтові дислокації.

Дислокаційні процеси за рахунок пластичної деформації спочатку діють в одній площині до іх критичного скупчення, потім зародження їх припиняється , а деформація йде в других площинах.

При деформації збільшення числа дислокацій зміцнює метал до певної межі (рис.3.1.а).

Деформація полікристалічного тіла здійснюється також шляхом деформації окремого зерна, переміщення та поворота зерен одного відносно другого. Перешкодою до деформації ковзання є взаємодія між дислокаціями , що призводить до зміцнення металу. Поворот зерен стає, що орієнтація площини ковзання стає несприятливою по відношенню до діючої сили, яка призначена деформувати метал.

Зернограничне проковзування це результат різного ковзання в сусідніх зернах . Зсув одного зерна по поверхні другого слід розглядати як результат руху зернограничних дислокацій вздовж площини границі.

Проте, фізична теорія пластичності виявила значну низку явищ, які зменшують опір металу деформаціям :

• вторинне двійникування;

• вторинна полігонізація ;

• полиморфні перетворення;

- динамічне деформаційне знеміцнювання за рахунок виділення газів при руйнуванні моноокислів і утворенні хмаринок їх атомів газів навкруг дислокацій, що переміщуються;

• формування нерівноважних границь зерен при поглинанні ними решитчатих дислокацій та інші.

Пластичність металів з підвищенням температури підвищується. Нагрівання металу взагалі суттєво знижує опір його пластичній формозміни.

Перш за все, підвищення температури сприяє розвитку численного ковзання і прискорює перетворення та анігіляцію дислокацій.

Навпаки, при підвищенні швидкості деформацій опір деформації металу завжди збільшується. Фізика металів достатньо докладно вивчає цей вплив.

Висновок. Проектуванню нової технології як технічної системи повинно передувати ретельне вивчення металофізичних властивостей сталі чи сплаву з метою їх використання для створення найбільш ефективного процесу деформації.