Влияние внешнего трения на неравномерность деформации

Внешнее трение затрудняет скольжение деформируемого тела по инструменту. Действие его распространяется неодинаково по объему тела, оно наиболее сильно вблизи поверхности контакта и минимально внутри тела. Это приводит к неравномерности деформации. Например, при ковке образец принимает бочкообразную форму из-за действия сил трения. В результате их действия вблизи контактной поверхности образуется зона затрудненной деформации, распространяющаяся на некоторую глубину и имеющая форму конуса.

Максимальная степень деформации и твердость наблюдается в центре образца. Наименьшая – в зонах затрудненной деформации, средняя – в боковых (бочкообразных) частях заготовки.

При большом отношении высоты заготовки к его диаметру образуется двойная бочкообразность с цилиндрическим участком между двумя бочками. Действие сил трения затухает в пределах двух бочкообразных утолщений и в средней части по высоте имеется линейная схема сжатия.

Неравномерность деформации в результате трения приводит также к появлению дополнительных напряжений и может привести к изменению схемы напряженного состояния в отдельных частях тела. Так при ковке с момента образования бочкообразности боковые поверхности частично выходят из зоны непосредственного обжатия и начинают испытывать дополнительные напряжения растяжения. А во внутренней зоне появляются дополнительные напряжения сжатия. Этим объясняется появление трещин по образующим цилиндра.

Неравномерность деформации, обусловленная внешним трением может быть несимметричной. Так при ковке образца между плитами с различным качеством отделки поверхности цилиндрический образец примет форму близкую к трапеции в осевом сечении: основание вблизи полированной поверхности будет шире, чем вблизи шероховатой.

Влияние неоднородности свойств на неравномерность деформации

Неоднородность свойств может быть макроскопической (неравномерный прогрев, соединение разных металлов в одном слитке) или микроскопической (неоднородность свойств кристаллов).

При неравномерном нагреве нагретые слои как более мягкие деформируются в большей степени, чем холодные. Это приводит к появлению дополнительных напряжений сжатия в наружных слоях и растяжения во внутренних. При большом перепаде температур по сечению слитка, большой степени деформации и малой пластичности металла дополнительные напряжения растяжения могут вызвать разрывы внутренних слоев.

При деформации тела, составленного из металлов с разными механическими свойствами, в мягких слоях появляются дополнительные напряжения сжатия, а в твердых – растяжения. Если твердые слои имеют пониженную пластичность, то в них произойдут разрывы.

При микроскопической неоднородности дополнительные напряжения возникают не во всем теле, а в пределах группы зерен (доп. напряжения 2 рода), или отдельных зерен (3 рода).

Анизотропия механических свойств кристаллов приводи к неравномерной деформации, даже если другие причины для этого отсутствуют.

Остаточные напряжения

Остаточные (внутренние) напряжения уравновешиваются внутри тела и присутствуют в нем без приложения внешней нагрузки. Внутренние напряжения могут возникнуть в результате фазовых превращений при неравномерном нагреве или охлаждении. Остаточные напряжения в большинстве случаев нежелательны, т.к. они ухудшают свойства металлов.

Если при эксплуатации изделия напряжения от внешней нагрузки совпадут по знаку с остаточными, то результирующие напряжения могут превысить допустимые. При неправильной технологии обработки давлением остаточные напряжения могут достигать значений, близких к пределу текучести и тогда незначительные нагрузки могут привести к разрушению изделия.

Остаточные напряжения с течением времени частично снимаются, что может привести к изменению размеров тела и короблению. Остаточные напряжения снижают коррозийную стойкость металла. Это приводит к местному разъеданию, порче поверхности и концентрации напряжений вблизи поврежденных мест.

Остаточные напряжения определяют механическим и рентгенографическим методами.