Деформация неровностей

Если металл по окончании деформации имеет структуру, не полностью рекристаллизованную, со следами упрочнения, то такая деформация называется неполной горячей деформацией. Неполная горячая деформация приводит к получению неоднородной структуры, снижению механических свойств и пластичности, поэтому обычно нежелательна.

Растяжение тела мы получим, оттягивая верхнюю пластину вверх (рис. 251), сжатие — нажимая на нее вниз (рис. 252). Изменение расстояний между пластинами происходит таким образом, что расстояния между соседними пластинами во всех точках остаются одинаковыми. Такая деформация называется однородным растяжением или сжатием.

Деформацию сдвига мы получим, сдвигая верхнюю пластину параллельно самой себе (рис. 253). При этом расстояния между пластинами останутся неизменными, но точки соседних пластин, лежащие на одной вертикали, сдвинутся друг относительно друга в одном направлении и на одну и ту же величину. Такая деформация называется однородным сдвигом.

Когда в уравнении (1.30) превалирует Dv, т. е. когда весь процесс контролируется решеточной диффузией, выражение (1.29) соответствует деформации, которая известна как ползучесть Набарро — Херинга. Она характерна для высоких температур. При низких же температурах лимитирующим фактором служит зернограничная диффузия и соответствующая ей деформация называется ползучестью по Коблу. Кроме того, Эшби [31, 32] отмечает, что в определенных условиях заметную роль также могут играть и другие механизмы, например, механическое

Деформация или изменение формы тела происходит вследствие воздействий, оказываемых внешней силой. Если внешние силы невелики, то после прекращения их приложения деформация исчезает. Такая деформация называется упругой. При больших значениях внешних сил появляются остаточные пластические деформации, не исчезающие после прекращения действия сил.

Если относительные смещения суть линейные функции относительных координат, деформация называется однородной. Из (6.26) следует, что деформация малого элемента тела является однородной.

1. Вводные замечания. Ограничимся пока рассмотрением балки, которая имеет продольную плоскость симметрии, являющуюся и плоскостью действия всех внешних сил и моментов, в том числе реактивных. В § 12.8 это ограничение будет снято. Будем рассматривать нагрузку, не вызывающую продольной силы. Иными словами, рассмотрим балку, в поперечных сечениях которой возникают лишь изгибающий момент и поперечная сила, действующие также в плоскости симметрии балки. Возникающая при таких условиях деформация называется прямым (плоским) поперечным изгибом балки. Будем считать, что и к поперечному изгибу можно применять формулу (12.10) для нормального напряжения, выведенную применительно к чистому изгибу, т. е., что можно применить гипотезы, введенные в теории чистого изгиба, и к поперечному изгибу в части касающейся ормального напряжения. Позднее правомочность такого допущения будет обсуждена. '

Если деформация сопровождается только упрочнением, без возврата и рекристаллизации, то металл в момент окончания деформации имеет структуру наклёпанного металла. Такая деформация называется холодной. Деформация называется горячей, если она сопровождается не только упрочнением, но и возвратом и рекристаллизацией, которые успевают проходить в процессе деформации настолько полно, что металл в момент окончания деформации показывает рекристаллизовэнную структуру без следов упрочнения. Если деформация сопровождается возвратом или возвратом и рекристаллизацией, но металл в момент окончания деформации показывает структуру со следами упрочнения, то такая деформация называется неполной холодной (при отсутствии следов рекристаллизации) или неполной горячей (при наличии следов рекристаллизации).

1) Из трёх главных деформаций одна имеет знак, противоположный знаку двух других, и по абсолютной величине равна их сумме. Эта деформация называется максимальной главной деформацией. Изменение свойств, происходящее в процессе деформации, целесообразно показывать в зависимости от максимальной главной деформации. Она является основным показателем в схемах главных деформаций, которые дают графическое пред-

Напряжение, приложенное к металлу, вызывает деформацию. Она может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической или остаточной, т. е. остающейся после снятия нагрузки. На рис. 1-3,а показаны два ряда ионов в кристаллической решетке металла. Верхний ряд сдвигается относительно нижнего внешней силой Р. Если эта сила будет возрастать и вызовет смещение верхнего ряда ионов относительно нижнего на расстояние меньше половины параметра решетки, то после устранения силы Р атомы возвратятся на прежние места. Такая деформация называется упругой.

Деформация или изменение формы тела происходит вследствие воздействий, оказываемых внешней силой. Если внешние силы невелики, то после прекращения их приложения деформация исчезает. Такая деформация называется упругой. При больших значениях внешних сил появляются остаточные пластические деформации, не исчезающие после прекращения действия сил.

Процесс контактирования поверхностей при статическом нагру-жении можно описать следующим образом. Первоначально поверхность контактирует и воспринимает нагрузку вершинами выступов микронеровностей на высотах, образуемых микрогеометримескими отклонениями. Первыми в контакт вступают противостоящие друг другу выступы на сопрягаемых поверхностях, сумма высот которых наибольшая. Деформация неровностей под действующей нагрузкой обеспечивает начальное сближение поверхностей. По мере увеличения нагрузки происходит дальнейшее сближение поверхностей и в контакт вступают новые пары выступов с меньшей суммой высот. Последовательность и разновременность вхождения выступов в контакт дифференцирует их напряженно-деформированное состояние.

Разновысотность контактирующих выступов и величина действующей нагрузки определяют следующие виды деформации выступов: упругую, упругопластическую без упрочнения, упругопластическую с упрочнением. Чисто упругая деформация возможна только у эластичных тел, например резины. При контактировании весьма гладких металлических поверхностей также преобладает упругая деформация неровностей. Однако в большинстве случаев первичного нагружения ведущая роль в формировании площади фактического контакта принадлежит пластической деформации. Входящие в контакт выступы пластически деформируются (сплющиваются), чаще всего с внедрением в сопряженное тело. Внедряется более твердый выступ, а при одинаковой твердости тот, которому геометрическая форма придает большее сопротивление деформации. Исследования ряда ученых показали, что после однократного нагружения выступы упрочняются наклепом и при повторных нагружениях, не превышающих первоначальной нагрузки, деформируются практически упруго. При анализе контактного взаимодействия поверхностей трения твердых тел рассматривают и учитывают номинальную А„, контурную Ас и фактическую А,, площади контакта (рис. 3.1).

Помимо пленок на поверхности раздела, следует рассмотреть и влияние рельефа поверхности составляющих композита. При спрессовывании поверхностей могут быть захвачены газы, а растущая деформация неровностей рельефа приводит к захлопыванию газовых карманов. Иногда газ может быть легко удален путем диффузии через металл; это относится, в частности, к водороду, высвобождаемому при окислении матрицы или волокна гидро-кеильными группами или парами воды. С другой стороны, для удаления следов инертного газа, например аргона, может потребоваться продолжительный отжиг. Значение этих проблем возрастает в скоростных процессах, применяемых для производства непрерывных лент.

Известно, что пластическая деформация неровностей с малым радиусом кривизны начинается при очень малых нагрузках. Например, для сферы радиусом 10~4 см пластическая деформация начинается уже при нагрузке 10~~5Н, а полная пластичность достигается при 103Н.

Выражение для расчета полного сближения с учетом волнистости получено в [19, 22] при условии моделирования волн сферическими сегментами; их деформация оценивалась по Герцу; деформация неровностей полагалась пластической. При этих условиях

В развитии зоны деформации наблюдаются три стадии. При давлении 4—10 даН/мма имеет место упругопластическая деформация неровностей; интенсивная пластическая деформация происходит при давлении 10—15 даН/мм2 (в этом интервале давлений, как показали металлографические исследования, происходит интенсивный процесс схватывания металла); при давлении больше 15 даН/мм2 во взаимный контакт вступает рельеф волнистости с преимущественным развитием упругой деформации. В этот период деформируются области плавного контакта. Эти области характеризуются линией контакта шириной не более 0,1—2 мкм; в районах схватывания ширина контактных линий соизмерима с толщиной межфазных границ и не превышает 0,1—0,2 мкм. Эти контактные зоны резко отличаются от участков неплотного соединения с видимым на шлифе зазором (рис. 60).

Внешнее трение твердых тел, согласно современным представлениям, имеет двойственную (молекулярно-ме-ханическую или адгезионно-деформационную) природу. Считается, что контактирование твердых тел вследствие волнистости и шероховатости их поверхности происходит в отдельных зонах фактического касания. Суммарную площадь этих зон называют фактической, или реальной, площадью касания Аг твердых тел. Под фактической площадью касания понимают зоны, в пределах которых межатомные и межмолекулярные силы притяжения и отталкивания равны. Фактическая площадь касания в пределах нагрузок, широко используемых в инженерной практике, невелика: около 0,001— 0,0001 номинальной кажущейся площади касания Аа. Вследствие этого в зонах контакта возникают значительные напряжения, нередко приводящие к появлению в них пластических деформаций. Сила, сжимающая контактирующие тела, через фактическую площадь касания передается неровностям, вызывая их деформацию. Деформируясь, отдельные неровности образуют контурную площадь касания Ас. Деформация неровностей, как правило, упругая. Таким образом, при контактировании твердых тел следует различать номинальную / и образованные вследствие приложения нагрузки контурную 2 и фактическую 3 площади касания. Соответственно отношения нормальной нагрузки к этим

алов, обладающих достаточно хорошими упругими свойствами, а также при малых нагрузках (в этом случае деформация неровностей не выходит за пределы упругости). Пластический контакт характерен для более пластичных материалов .(малая исходная твердость или снижение твердости при повышенных температурах), а также при больших удельных нагрузках.

деформирование трущихся поверхностей. Первое характерно для материалов, обладающих достаточно хорошими упругими свойствами, а также при малых нагрузках (в этом случае деформация неровностей не выходит за пределы упругости). Второе характерно для более пластичных материалов (малая исходная твердость или снижение твердости при повышенных температурах), а также при больших удельных нагрузках.

Выражение для расчета полного сближения с учетом волнистости получено в [19, 22] при условии моделирования волн сферическими сегментами; их деформация оценивалась по Герцу; деформация неровностей полагалась пластической. При этих условиях

Процесс контактирования поверхностей при статическом нагру-жении протекает следующим образом. Поверхность воспринимает нагрузку вершинами выступов неровностей на высотах, образуемых макрогеометрическими отклонениями. Здесь располагаются зоны, из которых складывается контурная площадь касания. В контакт первыми вступают противостоящие друг другу на сопряженных поверхностях выступы, сумма высот которых наибольшая. Деформация неровностей и их основ вызывает сближение поверхностей. По мере повышения нагрузки сближение поверхностей увеличивается, и в контакт вступают пары выступов с меньшей суммой высот. Разновременность вхождения в контакт выступов, различающихся по высоте, дифференцирует их напряженное состояние и де-