Что такое деформация металла


13. Упругая и пластическая деформация металлов. Материаловедение. Шпаргалка

13. Упругая и пластическая деформация металлов

Деформация – это изменение формы и размеров тела, деформация может вызываться воздействием внешних сил, а также другими физико-механическими процессами, которые происходят в теле. К деформациям относятся такие явления, как сдвиг, сжатие, растяжение, изгиб и кручение.

Упругая деформация – это деформация, которая исчезает после снятия нагрузки. Упругая деформация не вызывает остаточных изменений в свойствах и структуре металла; под действием приложенной нагрузки происходит незначительное обратимое смещение атомов.

При растяжении монокристалла возрастают расстояния между атомами, а при сжатии атомы сближаются. При смещении атомов из положения равновесия нарушается баланс сил притяжения и электростатического отталкивания. После снятия нагрузки смещенные атомы из-за действия сил притяжения или отталкивания возвращаются в исходное равновесное состояние и кристаллы приобретают первоначальные размеры форму.

Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся после снятия нагрузки.

Самое малое напряжение вызывает деформацию, причем начальные деформации являются всегда упругими и их величина находится в прямой зависимости от напряжения. Основными механическими свойствами являются прочность, пластичность, упругость.

Важное значение имеет пластичность, она определяет возможность изготовления изделий различными способами обработки давлением. Эти способы основаны на пластическом деформировании металла.

Материалы, которые имеют повышенную пластичность, менее чувствительны к концентраторам напряжений. Для этого проводят сравнительную оценку различных металлов и сплавов, а также контроль их качества при изготовлении изделий.

Физическая природа деформации металлов

Под действием напряжений происходит изменение формы и размеров тела. Напряжения возникают при действии на тело внешних сил растяжения, сжатия, а также в результате фазовых превращений и некоторых других физико-химических процессов, которые связанны с изменением объема. Металл, который находится в напряженном состоянии, при любом виде напряжения всегда испытывает напряжения нормальные и касательные, деформация под действием напряжений может быть упругой и пластической. Пластическая происходит под действием касательных напряжений.

Упругая – это такая деформация, которая после прекращения действия, вызвавшего напряжение, исчезает полностью. При упругом деформировании происходит изменение расстояний между атомами в кристаллической решетке металла.

С увеличением межатомных расстояний возрастают силы взаимного притяжения атомов. При снятии напряжения под действием этих сил атомы возвращаются в исходное положение. Искажение решетки исчезает, тело полностью восстанавливает свою форму и размеры. Если нормальные напряжения достигают значения сил межатомной связи, то произойдет хрупкое разрушение путем отрыва. Упругую деформацию вызывают небольшие касательные напряжения.

Пластической называется деформация, остающаяся после прекращения действия вызвавших ее напряжений. При пластической деформации в кристаллической решетке металла под действием касательных напряжений происходит необратимое перемещение атомов. При небольших напряжениях атомы смещаются незначительно и после снятия напряжений возвращаются в исходное положение. При увеличении касательного напряжения наблюдается необратимое смещение атомов на параметр решетки, т. е. происходит пластическая деформация.

При возрастании касательных напряжений выше определенной величины деформация становится необратимой. При снятии нагрузки устраняется упругая составляющая деформации. Часть деформации, которую называют пластической, остается.

При пластической деформации необратимо изменяется структура металла и его свойства. Пластическая деформация осуществляется скольжением и двойникованием.

Скольжение в кристаллической решетке протекает по плоскостям и направлениям с плотной упаковкой атомов, где сопротивление сдвигу наименьшее. Это объясняется тем, что расстояние между соседними атомными плоскостями наибольшее, т. е. связь между ними наименьшая. Плоскости скольжения и направления скольжения, лежащие в этих плоскостях, образуют систему скольжения. В металлах могут действовать одна или одновременно несколько систем скольжения.

Металлы с кубической кристаллической решеткой (ГЦК и ОЦК) обладают высокой пластичностью, скольжение в них происходит во многих направлениях.

Процесс скольжения не следует представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой, оно осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций. Перемещение дислокации в плоскости скольжения ММ через кристалл приводит к смещению соответствующей части кристалла на одно межплоскостное расстояние, при этом справа на поверхности кристалла образуется ступенька.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Основы деформации - tec-science

  • Дом
  • Механика
    • Газы и жидкости
  • Химия
    • Структура вещества
    • Атомарные модели
    • Химические связи
  • Материаловедение
    • Структура металлов
    • Пластичность металлов
    • Затвердевание металлов
    • Сплавы
    • Сталеплавильное производство
    • Фазовая диаграмма железо-углерод
    • Термическая обработка сталей
    • Испытания материалов
  • Механическая трансмиссия
    • Основы
    • Типы шестерен
    • Ременная передача
    • Планетарная передача
    • Циклоидальный привод
    • Эвольвентная шестерня
    • Циклоидальная передача
  • Термодинамика
    • Температура
    • Кинетическая теория газов
    • Тепло
  • Оптика
    • Оптика

Войти

.

Пластическая деформация металла | Статья о пластической деформации металла по The Free Dictionary

Пластическая деформация металла

Необратимое изменение формы металлического тела под действием сил, действующих на его поверхность. Пластичность металла позволяет придавать ему различные полезные формы, которые сохраняются после снятия давления формования. Полное понимание пластической деформации металлов требует понимания трех областей: (1) механизмов, посредством которых происходит пластическая деформация металлов; (2) способ, которым различные металлы реагируют на множество внешних или внешних условий; и (3) взаимосвязь между внутренней структурой металла и его способностью пластически деформироваться при заданном наборе условий.

Чистые металлы - это твердые кристаллические вещества или смеси твердых кристаллических веществ в случае некоторых сплавов. Большинство металлов и сплавов, которые могут подвергаться значительной пластической деформации, имеют свои атомы упорядоченно упакованных в один из трех типов кристаллической структуры: гексагональную плотноупакованную, гранецентрированную кубическую или объемноцентрированную кубическую или их небольшие вариации. См. Сплав

Для любого типа атомной упаковки, если смотреть на кристалл с разных направлений, атомы можно визуализировать как лежащие в разных ориентированных плоскостях в пространстве.Внутри каждой плоскости атомы образуют регулярный массив, и определенные направления эквивалентны по отношению к расстоянию между атомами и расположению их соседей. Первичным этапом пластической деформации металлического кристалла является перемещение или скольжение одной части кристалла относительно другой через одну из набора кристаллографически эквивалентных плоскостей и в одном из нескольких возможных кристаллографически эквивалентных направлений. Они известны как плоскость скольжения и направление скольжения соответственно.Конкретное направление и ориентация плоскости различаются от одного металла к другому, в основном в зависимости от типа упаковки атомов и температуры пластической деформации. Металлы с эквивалентной кристаллической структурой имеют тенденцию демонстрировать подобную пластическую реакцию на напряжения, даже если фактическая прочность и температурный диапазон такой подобной реакции будет отличаться от металла к металлу.

Когда металл состоит из монокристалла, он деформируется анизотропно при напряжении в зависимости от ориентации действующей системы скольжения.Эти трансляции оставляют на поверхности линейные следы, называемые линиями скольжения, которые можно наблюдать в световой микроскоп. Однако при обычном производстве металлы являются поликристаллическими; то есть они состоят из множества крошечных кристаллов или зерен, все с одинаковой упаковкой, но у каждого кристалла есть свои основные плоскости или направления скольжения, ориентированные иначе, чем у его соседей. В крупном масштабе это позволяет металлу, находящемуся под напряжением, действовать как изотропное тело, даже если каждое зерно, если оно изолировано, будет вести себя анизотропным образом, что будет зависеть как от его ориентации относительно приложенного к нему напряжения, так и от конкретной кристаллической структуры. металла, частью которого он является.Одним из структурных факторов, которые металлурги могут контролировать для изменения свойств металла, является размер и форма зерна.

Большинство веществ являются слабыми по сравнению с силой, которая теоретически рассчитывается для них на основе прочности связей между атомами в кристалле и межатомного расстояния. По оценкам, эта прочность составляет около одной десятой модуля упругости конкретного металла. Более того, наблюдаемая максимальная прочность металлов больше равна одной десятой этой расчетной прочности, а напряжение, при котором начинается пластическая деформация, часто в несколько раз ниже наблюдаемой максимальной прочности.Причина этого несоответствия между предсказанной и наблюдаемой прочностью металла объясняется субмикроскопическими дефектами, называемыми дислокациями. Эти дефекты позволяют пластически деформировать металлы, даже если их присутствие также снижает максимально достижимую прочность металлов до наблюдаемого значения. Понимание природы и поведения отдельных дислокаций и их взаимодействий составляет современную основу для понимания различных явлений, связанных с пластической деформацией металлов.

Феноменология поведения металлов изучалась и документировалась металлистами и инженерами-металлургами на протяжении веков. Эта информация была жизненно важна для проектирования и производства или строительства металлических предметов от жестяных банок до сложных газовых турбин. Свойства металлов, которые связаны с пластической деформацией, включают пластичность (способность металла значительно деформироваться перед разрушением), поведение при ползучести (зависимая от времени деформация металла под напряжением) и реакция на усталость (условия, при которых напряжения прикладываются циклически, а не постоянно). См. Ползучесть (материалы), Металл, Металл, механические свойства, Обработка металлов, Металлография

Краткая инженерная энциклопедия МакГроу-Хилла. © 2002 McGraw-Hill Companies, Inc.

.

Упругая / пластическая деформация

Упругая / пластическая деформация

Когда к металлу или другому конструкционному материалу прилагается достаточная нагрузка, это приводит к изменению формы материала. Это изменение формы называется деформацией. Временное изменение формы, которое самообратимо после снятия силы, так что объект возвращается к своей исходной форме, называется упругой деформацией. Другими словами, упругая деформация - это изменение формы материала при низком напряжении, которое можно восстановить после снятия напряжения.Этот тип деформации включает растяжение связей, но атомы не проскальзывают друг мимо друга.

Когда напряжение является достаточным для постоянной деформации металла, это называется пластической деформацией. Как обсуждалось в разделе о дефектах кристаллов, пластическая деформация включает в себя разрыв ограниченного числа атомных связей движением дислокаций. Напомним, что сила, необходимая для разрыва связей всех атомов в кристаллической плоскости одновременно, очень велика. Однако движение дислокаций позволяет атомам в кристаллических плоскостях скользить друг мимо друга при гораздо более низких уровнях напряжения.Поскольку энергия, необходимая для движения, самая низкая вдоль самых плотных плоскостей атомов, дислокации имеют предпочтительное направление движения внутри зерна материала. Это приводит к скольжению по параллельным плоскостям внутри зерна. Эти параллельные плоскости скольжения группируются вместе, образуя полосы скольжения, которые можно увидеть в оптический микроскоп. Под микроскопом полоса скольжения выглядит как одна линия, но на самом деле она состоит из близко расположенных параллельных плоскостей скольжения, как показано на изображении.

.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Эта статья не имеет источников . Вы можете помочь Википедии, найдя хорошие источники и добавив их. (май 2020 г.)

В инженерной механике деформация - это изменение формы в результате действия силы, действующей на объект.

Это может быть результат растягивающих (тянущих), сжимающих (толкающих) сил, сдвига, изгиба или кручения (скручивания).

В зависимости от типа материала, размера и формы объекта, а также применяемых сил могут возникнуть различные типы деформации.

Упругая деформация [изменить | изменить источник]

Этот тип деформации обратимый. Когда силы больше не действуют, объект возвращается к своей исходной форме. Как видно из названия, резина (резина) имеет довольно большой диапазон упругой деформации. Термопласты и металлы имеют умеренный диапазон упругой деформации, в то время как керамика, кристаллы и твердые термореактивные полимеры почти не подвергаются упругой деформации.Податливые материалы не подвергаются упругой деформации.

Усталость металла [изменение | изменить источник]

Явление, обнаруженное только в наше время, - это усталость металла, которая проявляется в первую очередь в пластичных металлах. Первоначально считалось, что материал, деформируемый только в пределах диапазона упругости, полностью возвращается в исходное состояние после снятия сил. Однако с каждой деформацией на молекулярном уровне появляются ошибки. После многих деформаций начнут появляться трещины, за которыми вскоре последует перелом, без видимой пластической деформации между ними.В зависимости от материала, формы и того, насколько близко к пределу упругости он деформируется, разрушение может потребовать тысяч, миллионов, миллиардов или триллионов деформаций.

Усталость металла была основной причиной отказов самолетов, особенно до того, как этот процесс был хорошо понят.

Пластическая деформация [изменить | изменить источник]

Этот тип деформации необратим. Но объект в диапазоне пластической деформации сначала подвергнется упругой деформации, которая обратима, поэтому объект частично вернется к своей исходной форме.Мягкие термопласты имеют довольно большой диапазон пластической деформации, как и пластичные металлы, такие как медь, серебро и золото. Сталь тоже, но не железо. Твердые термореактивные пластмассы, резина, кристаллы и керамика имеют минимальные интервалы пластической деформации. Возможно, материал с наибольшим диапазоном пластической деформации - это влажная жевательная резинка, которая может растягиваться в десятки раз относительно своей исходной длины.

Перелом [изменение | изменить источник]

Этот вид деформации также необратим.Разрыв происходит после того, как материал достигает конца диапазона упругой, а затем пластической деформации. В этот момент силы накапливаются, пока их не станет достаточно, чтобы вызвать перелом. При приложении достаточных усилий все материалы в конечном итоге разрушатся.

Распространенное заблуждение состоит в том, что все материалы, которые гнутся, являются «слабыми», а все те, которые не гнутся, - «прочными». В действительности, многие материалы, которые подвергаются большим упругим и пластическим деформациям, такие как сталь, способны поглощать напряжения, которые могут привести к разрушению хрупких материалов, таких как стекло, с минимальным диапазоном упругой и пластической деформации.Есть даже история, описывающая это наблюдение (перефразированное ниже):

«Могучий дуб крепко и твердо стоит перед ветром, в то время как ива поддается малейшему ветру. Однако в самый сильный шторм дуб сломается, а ива согнется и, таким образом, выживет. Итак, в конце концов, какая из двух сильнее? "
.

Смотрите также