Пластичность и разрушение металла при ОМД

Эти вопросы мы также рассмотрим в конспективном виде, так как подробно они излагаются в специальном курсе.

Ранее мы определили на примере растяжения образца стандартные пластические характеристики металла – относительное удлинение e и относительное сужение шейки y. А поскольку пластичность металла сильно зависит от схемы напряженного состояния, то требуются более универсальные характеристики – критерии - пластичности металла, учитывающие характер нагружения металла и особенности каждого процесса ОМД. Предложено несколько критериев пластичности, однако наиболее теоретически обоснованным считается величина:

Критерий представляет собой отношение гидростатического давления

р = s_{1 +} s_{2 +} s₃

к интенсивности напряжений

в точке разрушения. Как видно, критерий выражается через действующие напряжения. Однако помимо напряжений на величину пластической деформации до разрушения влияет количество и характер накопления дефектов в металле в процессе пластической деформации. Предложено несколько схем накопления дефектов (дислокаций) в металле при деформации и разработано несколько дислокационных механизмов разрушения. Ученые Уральского политехнического института (В.Л.Колмогоров, А.А.Богатов и др.) показали, что разрушение многих материалов наступает тогда, когда количество дефектов (дислокаций и других) достигнет определенного значения. Это значение, названное ресурсом пластичности. Он зависит от многих факторов, в том числе от напряженного состояния, характера дефектов, температурно-скоростных условий деформации и пр. Критерии пластичности, основанные на подсчете дефектов в металле, оказались более практичными, чем критерии, построенные на учете только напряжений.

С практической точки зрения наибольший интерес представляет макроскопическая трактовка проблем разрушения, основоположником которой был А.Ф.Иоффе, развитая в трудах Давиденкова Н.Н. и Фридмана Я.Б.. Согласно этим представлениям разрушение металла, прежде всего применительно к монокристаллу, может быть хрупким и вязким. Хрупкое разрушение или разрушение путем отрыва происходит без заметной пластической деформации. При растяжении образца из хрупкого материала (см. рис. 8) разрушение наступает тогда, когда нормальное растягивающее напряжение s достигает предел текучести s_s. При плоских и объемных схемах напряженного состояния хрупкое разрушение наступает при максимальных касательных напряжениях в плоскости сдвига t, определяемых, как известно, разностью нормальных напряжений t = (s₁ - s₃) / 2, достигающих предела текучести на сдвиг s_s / 2. Теоретически при равномерном трехстороннем растяжении монокристалла и поликристалла, когда s₁ =s₂ =s₃, разрушение будет хрупким всегда для любого материала. Но равномерное трехосное растяжение практически никогда не встречается.

Если же разрушению предшествует значительная пластическая деформация, то разрушение металла будет вязким. По виду оно отличается от хрупкого. Для хрупкого разрушения характерны трещины под углом 45⁰ к направлению действия главных напряжений, а вязкое разрушение происходит под углом 90⁰ к действующей нагрузке. Они различаются и по виду поверхности разрушения: при вязком разрушении по месту разрушения видны зоны скольжения металла, которые отсутствуют при хрупком разрушении. В реальных технологических процессах обычно разрушение начинается как вязкое, но заканчивается как хрупкое. К примеру, после разрыва образца на растяжной машине видно, что разрушение начиналось по поверхности образца по вязкому типу, но в конце процесса сердцевина сечения образца разрушается хрупко.

Лекция 5

Дата добавления: 2014-01-07