Закон Гука
Связь между силой упругости и упругой деформацией тела (при малых деформациях) была экспериментально установлена современником Ньютона английским физиком Гуком. Математическое выражение закона Гука для деформации одностороннего растяжения (сжатия) имеет вид
f=-kx, (2.9)
где f - сила упругости; х - удлинение (деформация) тела; k - коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров и материала тела, называемый жесткостью. Единица жесткости в СИ - ньютон на метр (Н/м). Закон Гука для одностороннего растяжения (сжатия) формулируют так: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению этого тела.
8. Диаграмма растяжения
Диаграмма растяжения - график зависимости механического напряжения от относительной деформации твердого тела. На диаграмме растяжения выделяют три точки: - предел пропорциональности; - предел упругости; и - предел прочности.
Условное напряжение - отношение силы к исходному сечению (без учета изменения сечения в процессе деформации). Измеряется в кг!мм2 или кг/см2. Широко применяется в теории упругости, теории пластичности и в сопротивлении материалов. При значительных деформациях (пластических у металлов, упругих у резин) условное напряжение становится неточной характеристикой.
9. Изменение механических характеристик металлов при пластической деформации
Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов при холодном деформировании
При пластической деформации металлов и сплавов структура их значительно изменяется, что приводит к изменению физико-механических и химических свойств. Если исходный металл имеет зерна различной формы и ориентировки, то при деформации наблюдается переориентировки отдельных зерен, затем они вытягиваются в направлении деформирования, образуя волокнистую структуру. Смещения и повороты одних зерен относительно других приводят к межкристаллитной деформации и формированию металлографической текстуры. Одновременно происходит поворот кристаллографических осей отдельных зерен в пространстве. Плоскости скольжения стремятся расположиться по направлению наиболее интенсивного течения металла. Возникает преимущественная ориентировка кристаллографических осей зерен поликристалла, называемая кристаллографическойтекстурой. Образование текстуры сопровождается появлением анизотропии механических и физических свойств металла.
С увеличением степени холодной деформации, увеличиваются прочность металла, уменьшается пластичность, а также увеличивается электросопротивление и уменьшаетсякоррозионная стойкость и т.д. Совокупность явлений, связанных с изменением механических и физико-химических свойств металла при холодном пластическом деформировании, называется наклепом (упрочнением).
10. Рекристллизация как способ восстановления механических характеристик металла после пластической деформации
Рекристаллизация — процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других той же фазы. Скорость рекристаллизации резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают три стадии рекристаллизации: первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией, собирательную — неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается, и вторичную рекристаллизацию, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен. В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).
Термину собирательная рекристаллизации соответствует также термин нормальный (то есть обычный) рост зерна.
Рекристаллизация устраняет структурные дефекты (в первую очередь уменьшает на несколько порядков плотность дислокаций), изменяет размеры зёрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной рекристаллизации — за счёт уменьшения искажений, внесённых деформацией, при собирательной и вторичной рекристаллизацией — за счёт уменьшения суммарной поверхности границ зёрен. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации). Иногда структура и текстура после рекристаллизации отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства.
Рекристаллизация широко используется для управления формой зёрен, их размерами, текстурой и свойствами.
В сталях рекристаллизация сочетается со сфероидизацией цементита. Получаются круглые частицы цементита размером 0.5-2 мкм. Такая структура называется структурой сорбита отпуска. Термообработка, приводящая к ней: улучшение.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Металлы и сплавы подвергаются деформации и при температурах, лежащих выше температуры рекристаллизации. В этих условиях формирующаяся в процессе деформации структура изменяется. Благодаря возврату и рекристаллизации, сопровождающим деформацию, металл разупрочняется. В этом случае деформацию называют горячей.
Температурная граница между горячей и холодной деформацией, так же как и температура рекристаллизации, не является строго определенной. В легкоплавких металлах рекристаллизация проходит и при температуре ниже 0° С. Для них пластическая деформация при комнатной температуре является горячей. Однако деформация тугоплавких металлов даже при относительно высоких температурах (например, вольфрама при 1000—IlOO0C) приводит к большому упрочнению и является холодной. Положение температурной границы горячей и холодной деформации зависит от скорости деформирования. Процессы, с которыми связано разупрочнение, требуют времени. Если его недостаточно, в металле, несмотря на высокую температуру деформации, частично или полностью сохранится искаженность кристаллической решетки и он окажется в упрочненном состоянии. Это необходимо учитывать при энергичной ковке, штамповке, непрерывной прокатке, когда металл быстро переходит из одного деформирующего устройства в другое.
11. Построение диаграммы упрочнения по диаграмме растяжения. Понятие истинных напряжений