- •3. Физические основы пластической деформации
- •3.1. Строение металлов
- •3.2. Начальные сведения о пластической деформации и пластичности
- •3.3. Экспериментальное определение сопротивления сдвигу по плоскости скольжения
- •3.4. Основные положения теории дислокаций
- •3.5. Упрочнение при холодной деформации металла
- •3.6. Изменение свойств металла при холодной обработке давлением
- •3.7. Изменение свойств наклепанного металла при отжиге
- •3.8. Горячая обработка металлов давлением (общие сведения)
- •3.9. Физические уравнения связи и сопротивление металлов деформации
- •3.10. Определение сопротивления деформации металлов в холодном состоянии (испытания на растяжение)
- •3.11. Определение сопротивления деформации металлов в холодном состоянии (испытания на осадку)
- •3.12. Сопротивление деформации при высоких температурах
- •3.13. Модель разрушения металла при холодной омд
- •3.14. Построение диаграммы пластичности
- •1. Кручение образцов при атмосферном давлении и под давлением жидкости (рис. 3.31).
- •2. Растяжение образцов с предварительно выточенной шейкой при атмосферном давлении и под давлением жидкости (рис. 3.32).
3.13. Модель разрушения металла при холодной омд
Пластичностью называют способность металла изменять свою форму под действием внешней нагрузки (инструмента) без разрушения.
Ранее за количественную характеристику пластичности принимали разные величины:
1) n – число оборотов до разрушения при кручении образца;
2) - относительное удлинение при появлении трещины (испытание на растяжение); ( - длина образца в момент разрушения);
3) – предельная степень деформации при появлении трещины (испытание на осадку); ( - высота образца в момент разрушения);
4) N – число перегибов образца до разрушения.
Все эти величины трудно сопоставить между собой и использовать для количественной оценки опасности разрушения при анализе конкретных технологических процессов.
Колмогоров В.Л. предложил использовать для количественной оценки пластичности величину - степень деформации сдвига, накопленную металлом к моменту разрушения. Величину будем называть коротко - пластичность.
Степень деформации сдвига (здесь - продолжительность деформирования частицы, - текущее время). Она подсчитывается за весь промежуток времени деформирования вдоль траектории перемещения частицы.
в момент разрушения. До тех пор, пока накопленная частицей степень деформации сдвига не достигнет предельной величины , разрушения не произойдет.
Пластичность данной марки стали существенно зависит от напряженного
состояния. Например, при растяжении в области шейки образца имеет место зона трехосного растяжения (все главные напряжения растягивающие; рис. 3.29) . Образец из высоколегированной стали разрушается при очень малой
Рис. 3.29. Схема напряженного состояния при растяжении образца с
предварительно выточенной шейкой
деформации ( ). При волочении по двум осям действуют напряжения сжатия и только по одной – растяжения (рис. 1.7, ж). В этом случае до разрушения образец может выдержать значительную деформацию ( .
Схема напряженного состояния может быть «мягкая» - преобладают сжимающие напряжения и «жесткая» - преобладают растягивающие напряжения.
Для оценки схемы напряженного состояния используют так называемый показатель напряженного состояния . Здесь К<0 – преобладают сжимающие напряжения, К>0 – преобладают растягивающие напряжения. Пластичность для рассматриваемой марки металла зависит от К: .
Показатель напряженного состояния К в процессе деформации меняется, то есть зависит от времени :
.
Величину , определяемую по формуле
, (3.6)
называют степенью использования запаса пластичности. В момент разрушения (вообще ).
Как получили (3.6): на малом этапе пластической деформации, происходящем за промежуток значение К не меняется (форсировано). Можно определить приращение степени использования запаса пластичности
. (3.7)
Для определения степени использования запаса пластичности за много этапов необходимо просуммировать: (здесь n – количество малых этапов деформирования). В предельном переходе при сумма может быть заменена интегралом. Получим выражение (3.6).
Итак, условие деформирования металла без разрушения имеет вид
, (3.8)
где интеграл подсчитывается для отдельной частицы деформируемого тела вдоль траектории ее движения; , - результаты решения задачи по расчету деформированного (значений ) и напряженного (значений ) состояния. То есть необходимо определить как в конкретном техпроцессе в наиболее опасном с точки зрения разрушения месте заготовки вдоль траектории частицы меняются Н и К. Зависимость - известная из экспериментов функция.
Н и К определяют в тех местах заготовки, где деформация наибольшая и напряжения растягивающие. Например, при высадке (операция холодной объемной штамповки (ХОШ)) разрушение может произойти на свободной боковой поверхности высаживаемой головки (жирная точка на рис. 3.30).
Рис. 3.30. Высадка головки заготовки:
1 – исходная заготовка; 2 – высаживаемая головка; 3 – пуансон; 4 - матрица