Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 13 )

Двійникування частіше виникає при пластичній деформації кристалів з об’ємноцентрованою і гексагональною решіткою, причому з підвищенням

Схеми пластичної деформації різними способами: а - ковзанням; б - двійникуваням

швидкості деформації й зниженням температури схильність до двійникуванню зростає.

Двійникуваня може виникати не тільки в результаті дії зовнішніх сил, але й у результаті відпалу пластично деформованого тіла. Це характерно для металів із гранецентрованою кубічною решіткою (мідь, латунь). Двійникуванням можна досягти незначного ступеня деформації.

а)	б)

Дислокаційний механізм пластичної деформації.

Пластична деформація відбувається в результаті ковзання або двійникування. Раніше припускали, що при ковзанні одна частина кристала зрушується щодо іншої частини на ціле число періодів як єдине ціле. Необхідне для цього напруга виходить на кілька порядків вище дійсної зсувочної напруги.

Для заліза теоретичне значення зсувочної напруги МПа, .

В основу сучасної теорії пластичної деформації взяті наступні положення:

·  ковзання поширюється по площині зрушення послідовно, а не одночасно;

·  ковзання починається від місць порушень кристалічної решітки, які виникають у кристалі при його навантаженні.

Схема механізму деформації представлена на мал. У рівноважному стані дислокація нерухлива. Під дією напруги екстраплощина зміщається праворуч ліворуч при незначному переміщенні атомів. Нижня частина площини Р/S (SR) зміститься вправо й сполучиться з нижнім краєм екстраплощини РQ.

QR - залишкова деформація.

При подальшому русі дислокація пройде всю площину ковзання й вийде на поверхню зерна. При цьому верхня частина зерна зрушена щодо нижньої на один міжатомний період решітки.

При кожному переміщенні дислокації на один крок необхідно розірвати зв'язок тільки між двома рядами атомів у площині Р/S, а не між всіма атомами, розташованими вище й нижче площини ковзання. Необхідна зсувочна напруга при цьому мало, дорівнює практично дійсному.

Схема дислокаційного механізму пластичної деформації а – переміщення атомів при русі крайової дислокації на одну міжатомну відстань; б – переміщення дислокації через весь кристал

Руйнування металів.

Процес деформації при досягненні високих напруг завершується руйнуванням. Тіла руйнуються по перетині не одночасно, а внаслідок розвитку тріщин. Руйнування включає три стадії: зародження тріщини, її поширення через перетин, остаточне руйнування.

Розрізняють тендітне руйнування - відрив одних шарів атомів від інших під дією нормальних напруг, що розтягують. Відрив не супроводжується попередньою деформацією. Механізм зародження тріщини однаковий - завдяки скупченню дислокацій, що рухаються, перед перешкодою (границі субзерен, фазові границі), що приводить до концентрації напруг, достатньої для утворення тріщини. Коли напруги досягають певного значення, розмір тріщини стає критичним і подальшим ростом здійснюється довільно.

Для тендітного руйнування характерна гостра, часто гілчаста тріщина. Величина зони пластичної деформації в устя тріщини мала. Швидкість поширення тендітної тріщини велика - близька до швидкості звуку (раптове, катастрофічне руйнування). Енергоємність тендітного руйнування мала, а робота поширення тріщини близька до нуля.

Розрізняють транскристалітне руйнування - тріщина поширюється по тілу зерна, інтеркристалітне - по границях зерен (завжди тендітне).

Результатом тендітного руйнування є блискучий світлий кристалічний злам з струмковою будовою. Тендітна тріщина поширюється по декількох паралельних площинах. Площина зламу перпендикулярна нормальним напругам.

Грузле руйнування - шляхом зрізу під дією дотичних напружень. Йому завжди передує значна пластична деформація.

Тріщина тупа що розкривається. Величина пластичної зони поперед тріщини велика. Мала швидкість поширення тріщини. Енергоємність значна, енергія витрачається на утворення поверхонь роздягнула й на пластичну деформацію. Більша робота затрачається на поширення тріщини. Поверхня зламу негладка, розсіює світлові промені, матова (волокнистий) злам. Площина зламу розташовується під кутом.

По зламу можна визначити характер руйнування.

Механічні властивості й способи визначення їхніх кількісних характеристик

Основними механічними властивостями є міцність, пружність, в'язкість, твердість. Знаючи механічні властивості, конструктор обґрунтовано вибирає відповідний матеріал, що забезпечує надійність і довговічність конструкцій при їхній мінімальній масі.

Механічні властивості визначають поводження матеріалу при деформації й руйнуванні від дії зовнішніх навантажень.

Залежно від умов навантаження механічні властивості можуть визначатися при:

1.  статичному навантаженні - навантаження на зразок зростають повільно й плавно.

2.  динамічному навантаженні - навантаження зростає з великою швидкістю, має ударний характер.

3.  повторно, змінному або циклічним навантаженні - навантаження в процесі випробування багаторазово змінюються по величині або по величині й напрямку.

Для одержання порівнянних результатів зразки й методика проведення механічних випробувань регламентовані ДСТУ.

При статичному випробуванні на розтягання: ДЕРЖСТАНДАРТ 1497 одержують характеристики міцності й пластичності.

Міцність – здатність матеріалу пручатися деформаціям і руйнуванню.

Випробування проводяться на спеціальних машинах, які записують діаграму розтягання, що виражає залежність подовження зразка (мм) від діючого навантаження Р, тобто.

Але для одержання даних по механічних властивостях перебудовують: залежність відносного подовження від напруги.

Діаграма розтягання: а – абсолютна, б – відносна; в – схема визначення умовної границі текучості

Проаналізуємо процеси, які відбуваються в матеріалі зразка при збільшенні навантаження.

Ділянка оа на діаграмі відповідає пружній деформації матеріалу, коли дотримується закон Гука. Напруга, що відповідає пружної граничної деформації в крапці а, називається межею пропорційності.

Межа пропорційності - максимальна напруга, до якого зберігається лінійна залежність між деформацією й напругою.

При напругах вище межі пропорційності відбувається рівномірна пластична деформація (подовження або звуження перетину).

Кожній напрузі відповідає залишкове подовження, що одержуємо проведенням з відповідної крапки діаграми розтягання лінії паралельної оа.

Тому що практично неможливо встановити крапку переходу в ненапружений стан, то встановлюють умовна межа пружності, – максимальна напруга, до якого зразок одержує тільки пружну деформацію. Уважають напруга, при якому залишкова деформація дуже мала (0,005...0,05%).

У позначенні вказується значення залишкової деформації.

Границя текучості характеризує опір матеріалу невеликим пластичним деформаціям.

Залежно від природи матеріалу використовують фізичну або умовну границю текучості.

Фізична границя текучості – це напруга, при якому відбувається збільшення деформації при постійному навантаженні (наявність горизонтальної площадки на діаграмі розтягання). Використовується для дуже пластичних матеріалів.

Але основна частина металів і сплавів не має площадки плинності.

Умовна границя текучості – це напруга зухвалу залишкову деформацію

Фізична або умовна границя текучості є важливими розрахунковими характеристиками матеріалу. Діючі в деталі напруги повинні бути нижче границі текучості.

Рівномірна по всім об'ємі пластична деформація триває до значення межі міцності.

У крапці в у найбільш слабкому місці починає утворюватися шейку – сильне місцеве стомлення зразка.

Межа міцності – напруга, що відповідає максимальному навантаженню, що витримує зразок до руйнування (тимчасовий опір розриву).

Утворення шийки характерно для пластичних матеріалів, які мають діаграму розтягання з максимумом.

Межа міцності характеризує міцність як опору значної рівномірної пластичної деформації. За крапкою В, внаслідок розвитку шийки, навантаження падає й у крапці З відбувається руйнування.

Щирий опір руйнуванню – це максимальна напруга, що витримує матеріал у момент, що передує руйнуванню зразка.