V. Деформация и разрушение металлов.

1. Чем отличаются истинные напряжения от условных?

Напряжения могут быть: истинными - когда силу относят к сечению, существующему в данный момент деформации; условными - когда силу относят к исходной площади сечения. Истинные касательные напряжения обозначают t и нормальные S, а условные соответственно t и s.

2.Что такое концентраторы напряжений и почему они опасны?

Наличие в испытуемом образце механических надрезов, трещин, внутренних дефектов металлов, сквозных отверстий, резких переходов от толстого сечения к тонкому, приводит к неравномерному распределению напряжений, создавая у основания надреза пиковую концентрацию нормальных напряжений. В связи с этим такие источники концентрации напряжений называются концентраторами напряжения. Они являются местами наибольшей вероятности разрушения материала.

*{ Пик напряжений s_К тем больше, чем меньше радиус концентратора и чем меньше глубина надреза с: s_К = 2s_Н Öc/r, где s_Н – номинальное среднее напряжение.}

3. Что происходит в металле при упругой деформации?

Упругой деформаций. называют деформацию, влияние которой на форму, структуру и свойства тела устраняются после прекращения действия внешних сил, под действием которых происходит только незначительное относительное и обратимое смещение атомов.

4. Как протекает пластическая деформация? Какие стадии можно отметить в процессе деформации монокристалла?

Пластическая деформация. При возрастании касательных напряжений выше определенной величины деформация становится необратимой. При снятии устраняется лишь упругая составляющая деформации. Часть деформации, которую называют пластической, остается. При пластической деформации необратимо изменяется структура металлов, а следовательно, и ее свойства.

Скольжение в кристаллической решетке протекает по плоскостям и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов, где сопротивление сдвигу наименьшее, тем самым, образуя систему скольжений.

Процесс скольжения не следует представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой. Такой жесткий или синхронный сдвиг потребовал напряжений, в сотни или даже в тысячу раз превышающих тех, при которых в действительности протекает процесс деформации. Поэтому в действительности скольжение осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций.

На начальной стадии пластической деформации монокристалла осуществляется движением дислокаций по одной системе плоскостей – стадия легкого скольжения. Дислокации на этой стадии перемещаются сравнительно беспрепятственно на большие расстояния, обеспечивая прогрессивную деформацию без значительного роста действующих напряжений (стадия I деформационного упрочнения). После этого начинается стадия множественного скольжения - движение дислокаций в двух и более системах, на этой стадии после значительной деформации дислокационная структура металла сильно усложняется и плотность дислокаций увеличивается. Сопротивление их движению сильно возрастает и для их продвижения напряжение должно резко возрасти (стадия II деформационного упрочнения) Под влиянием все возрастающего напряжения развиваются поперечное скольжение винтовых дислокаций, т.е. скольжение с переходом из одной разрешенной плоскости скольжения в другую. Это приводит к частичной релаксации напряжений, аннигиляции отдельных дислокаций разного знака и группировке дислокаций в объеме ячейки, внутри которых плотность дислокаций меньше, чем в стенах ячеек. Наступает III стадия деформации, когда происходит так называемый динамический возврат, который приводит к уменьшению деформационного упрочнения.

5.Чем отличается деформация поликристалла от деформации монокристалла?

Пластическая деформация поликристаллов. Пластическая деформация поликристаллического металла протекает аналогично деформации монокристалла путем сдвига или двойникования. Так как плоскости и направления в каждом зерне различные, то сперва скольжение идет в более благоприятно ориентированных зернах. В отличии от монокристалла движение дислокаций препятствует границы зерен, поэтому первая стадия деформационного упрочнения отсутствует, а во второй стадии деформационного упрочнения - коэффициент упрочнения выше.

6. Что такое текстура деформации и как она влияет на свойства металла?

Текстура деформации. При большой степени деформации возникает преимущественная ориентация кристаллографических плоскостей и направлений в зернах. Закономерная ориентация кристаллитов относительно внешних деформационных сил получила название текстуры (текстура деформации). Она приводит к упрочнению в одних направлениях и раз упрочнению в других (вообще спорный процесс и зависит от текстуры, но на механические свойства влияет сильно).

7. Чем объяснить упрочнение металла (наклеп) в процессе деформации?

Деформационное упрочнение поликристаллического металла. С увеличение степени холодной (ниже (0,15- 0,2) Тпл) деформации свойства, характеризующие сопротивления деформации (s_В, s_0,2, HV и др.) повышаются, а способность к пластической деформации (пластичность d) уменьшается. Это явление получило название наклепа. Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличение числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение новых дислокаций, а следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотность дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.

8. Каковы признаки вязкого и хрупкого разрушений?

Разрушение может быть хрупким и вязким. Механизм зарождения трещин одинаков как при хрупком, так при вязком разрушении. Возникновение микротрещин чаще происходит благодаря скоплению движущихся дислокаций (пластической деформации) перед препятствием (границами зерен, межфазными границами, перед возможными включениями) образуя зародыш трещины. Трещина образуется в плоскости, перпендикулярной к плоскости скольжения, когда плотность дислокаций достигает 1012-1013 см^-2, а касательные напряжения у вершины их скопления ~0,7G. Вязкое и хрупкое разрушение различаются между собой по величине пластической зоны у вершины трещины. При хрупком разрушении величина пластической зоны в устье трещины мала. При вязком разрушении величина пластической зоны, идущей впереди распространяющейся трещины, велика, а сама трещина затупляется у своей вершины. Вязкое разрушение обусловлено малой скоростью распространения трещины. Скорость распространение хрупкой трещины достигает 2500 ^м/_с. Поэтому нередко хрупкое разрушение называют "внезапным", или "катастрофическим" разрушением.

По внешнему виду излома отличают:

хрупкий (светлый) излом, поверхность которого характеризуется наличием блестящих плоских участков; такой излом свойственен хрупкому разрушению;

вязкий (матовый) излом, поверхность разрушения которого содержит весьма мелкие уступы – волокна, образующие при пластической деформации зерен в процессе разрушения; этот излом свидетельствует о вязком разрушении.

9. При каких условиях чаще наблюдается хрупкое разрушение?

Межзеренное разрушение облегчается при выделении по границам зерен частиц хрупкой фазы. Одни и те же (по составу) сплавы в зависимости от предшествующей о работки и метода испытания могут вязкими и хрупкими.
Многие металлы (железо, молибден, вольфрам, цинк и др.) имеющие ОЦК и ГПУ кристаллические решетки, в зависимости от температуры могут разрушаться как вязко, так и хрупко. Понижение температуры обуславливает переход от вязкого к хрупкому разрушению. Это явление получило название хладноломкость. Точка пересечения кривых s_т (предел текучести) и Sотр. (сопротивление отрыву) соответствует переходу металла от вязкого разрушения к хрупкому, получила название критической температуры хрупкости или порога хладноломкости (t п.х). Чем выше скорость деформации, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. Все концентраторы напряжений способствуют хрупкому разрушению. С увеличением остроты и глубины надреза склонность к хрупкому разрушению возрастает. Чем больше размеры изделия, тем больше вероятность хрупкого разрушения (масштабный фактор).

Дата добавления: 2015-10-21