Снова всех приветствует канал "Металлург"! Наступили выходные, и мы продолжаем своё вещание. У читателей нашего канала может возникнуть вполне разумный вопрос: "Почему "Металлург" не печается ежедневно?" Я поясню: если канал будет выпускать свои материалы каждый день, каждые пять минут, у нас закончится лимит материалов для публикаций! А существование канала "Металлург" в Дзене рассчитано на долгосрочный период. Поэтому мы и выпускаем публикации только в выходные дни.
Итак, сегодня мы начинаем новый большой раздел - раздел II "Механические свойства материалов и методы их оценки".
Прошу читателей ознакомиться с планом раздела:
а) Упругая и пластическая деформации;
б) Понятие об основных механических свойствах металлов и сплавов;
в) Технологические свойства материалов:
г) Испытание на прочность. Построение диаграмм растяжения.
д) Методы определения твердости.
е) Испытания на ударную вязкость.
ё) Испытания на усталость.
ж) Испытания на ползучесть материала.
Рассмотрим первую тему раздела II - упругая и пластическая деформация.
Из свойств, которыми могут обладать материалы, механические свойства в большинстве случаев являются важнейшими.
Все наиболее ответственные детали и изделия изготавливают из металлов.
Для металлов характерна металлическая связь, когда в узлах кристаллической решетки расположены положительно заряженные ионы, окруженные электронным газом. Наличие металлической связи придает материалу (металлу) способность к пластической деформации и к самоупрочнению в результате пластической деформации.
Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами. Поэтому при выборе материала для изготовления деталей машин необходимо, прежде всего, учитывать его механические свойства: прочность, упругость, пластичность, ударную вязкость, твердость и выносливость. Эти свойства определяют по результатам механических испытаний, при которых металлы подвергают воздействию внешних сил (нагрузок). Внешние силы могут быть статическими, динамическими или циклическими (повторно-переменными).
Нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформацию.
Напряжение – величина нагрузки, отнесенная к единице площади поперечного сечения испытуемого образца.
Деформация – изменение формы и размеров твердого тела под
влиянием приложенных внешних сил. Деформация может быть упругой,исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся после снятия нагрузки.
Упругой деформацией называется обратимая деформация, полностью исчезающая после снятия вызывающих ее напряжений.
При упругом деформировании изменяются расстояния между атомами металла в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места, и деформация исчезает.
Упругая деформация на диаграмме деформации характеризуется линией ОА (рисунок 1).
Пластичность – свойство твердых тел, не разрушаясь, необратимо изменять свои внешние формы (пластически течь) под действием внешних сил или внутренних напряжений. Пластические изменения формы металлического тела называют пластической деформацией.
Пластическая деформация может осуществляться скольжением и двойникованием, обычно при участии дислокационных дефектов (рисунок 2).
Скольжение – последовательное перемещение одной части кристалла по отношению к другой в результате перемещения уже имеющихся в кристалле дислокаций или только возникающих, т.е. смещение происходит по плоскостям (рисунок 3).
В промежутках между полосами скольжения деформация не происходит. Твердое тело не изменяет своего кристаллического строения во время пластической деформации и расположение атомов в элементарных ячейках сохраняется.
Это наиболее характерный вид деформации при обработке давлением.
Двойникование – поворот одной части кристалла в положение симметричное другой его части. Плоскостью симметрии является плоскость двойникования (рисунок 2, б).
Двойникование чаще возникает при пластической деформации кристаллов с объемно-центрированной и гексагональной решеткой, причем с повышением скорости деформации и понижением температуры склонность к двойникованию возрастает.
Двойникование может возникать не только в результате действия внешних сил, но и в результате отжига пластически деформированного тела.
Двойникованием можно достичь незначительной степени деформации.
Деформация в обоих случаях начинается в зернах, плоскости
скольжения которых составляют угол 45° с направлением усилия (рисунок 4,а).
В результате смещения кристаллографических плоскостей происходит увеличение плотности дислокаций, которые приводят к упрочнению металла или сплава. Деформационное упрочнение кристаллических тел называется наклепом (нагартовкой).
Чем больше степень деформации, тем заметнее изменения в микроструктуре: все больше зерен приобретают неравноосную форму. При степени деформации 70-80 % все зерна вытягиваются в направлении действующих напряжений (рисунок 4).
Упрочняемость металла зависит от количества дислокаций, участвующих в процессе пластической деформации, и характера их движения.
Изменение формы зерна в структуре материала, приводит к увеличению прочности и уменьшению пластичности материала (рисунок 5).
Упрочняемость металла зависит от количества дислокаций, участвующих в процессе пластической деформации, и характера их движения.
На начальной стадии процесса деформации наблюдается скольжение единичных дислокаций (ламинарное движение), торможение которых (упрочнение) осуществляется только границами субзерен и поэтому невелико. Далее начинается турбулентное скольжение большого числа дислокаций. Упрочнение происходит за счет малоподвижных порогов и барьеров. Скорость упрочнения максимальная. Далее скольжение идет преимущественно за счет поперечного скольжения винтовых дислокаций.
Упрочнение при пластической деформации обусловлено образованием малоподвижных порогов и барьеров при пересечении дислокаций, увеличением плотности дислокаций, измельчением зерна.
Формоизменение поликристаллического тела при обработке давлением – более сложный процесс. Пластическая деформация происходит в каждом из зерен, которые различно ориентированы по отношению друг к другу и к деформирующей нагрузке, различны по форме и размерам и обладают неодинаковыми физико-механическими свойствами. Кроме того, при пластической деформации поликристаллов большую роль играют межкристаллитные прослойки – границы зерен (рисунок 6).
Деформация начинается в зернах, плоскости скольжения которых составляют угол 45°с направлением усилия (рисунок 6, а).
При большой деформации в результате процессов скольжения зерна меняют свою форму, вытягиваются в направлении главной деформации (рисунок 6, б) и образуют волокнистую или слоистую структуру. Такую структуру называют текстурой (рисунок 6, в), приводящей к анизотропии свойств металла.
Спасибо всем за проявленное внимание к нашему каналу "Металлург"!
❗Больше информации о материаловедении и металлургии на канале "Металлург" ❗