Деформация распространяется

Структурная СП деформация протекает главным образом благодаря аккомодационному зсрпогрлничному скольжению, хотя в определенной степени существует и внутрнзсрснное дислокационное скольжение.

На рис. 13.1 показана типичная кривая ползучести. Отрезок 0—/ характеризует упругие удлинения, которые образовались сразу после нагружения образца. Участок кривой /—2 является периодом неустановившейся ползучести, когда деформация протекает с неравномерной, замедляющейся скоростью. Участок 2—3 является периодом установившейся ползучести, протекающей с постоянной скоростью деформации. Участок 3—4 характеризуется резким возрастанием ползучести, обусловливающим разрушение образца.

участок аЪ - неустановившаяся ползучесть, при которой деформация протекает с неравномерной, замедляющейся скоростью;

В зависимости от температуры металл может находиться в упругом и пластическом состояниях. В состоянии ползучести металла силы упругости не проявляются и деформация протекает без стремления материала к восстановлению формы. Средняя температура поверхностного слоя стали при шлифовании составляет 300^400 °С. у самой поверхности 800-850 °С. Температуры такого же порядка развиваются и при скоростном точении. Нагрев поверхностного слоя обусловливает образование в нем температурных напряжений [32].

Таким образом, принцип Сен-Венана [363], согласно которому на расстоянии порядка 1—1,5 диаметров образца влияние головок заканчивается и далее деформация протекает равномерно, отражает в настоящее время лишь неточность измерений, выполнявшихся 50— 70 лет назад. На самом деле, как показывает профилограмма 13 (см. рис. 4.1, б) это влияние распространяется на весь образец и сохраняется, по крайней мере, до начала формирования шейки.

количество выделившейся теплоты, а также контактная •щемпература. Если деформация протекает за короткий промежуток времени, в. течение которого теплота не успевает рассеиваться в окружающую среду, т. е. процесс .является адиабатическим, на поверхности контакта генерируется высокая температура. При статических испытаниях вследствие медленного нагружения теплота успевает рассеиваться, т. е. процесс является изотермическим, и нельзя ожидать повышения температуры, хотя общее количество генерируемой теплоты будет таким же, как и в динамике.

Увеличение жесткости напряженного состояния у вершины усталостной трещины при ее развитии. Если усталостная трещина возникает на поверхности гладкого образца или образца с надрезом, вызывающим невысокую концентрацию напряжений, то развитие ее на некоторую глубину сопровождается: увеличением жесткости напряженного состояния материала при вершине трещины, что вызывает стеснение пластической" деформации, накапливание которой необходимо для дальнейшего роста усталостной трещины. Таким образом, при одном: и том же внешнем нагружении на поверхности образца пластическая деформация протекает свободно и приводит к появлению усталостной трещины, а на некоторой глубине (у вершины возникшей трещины) пластическая деформация затруднена настолько, что дальнейший рост трещины при данном цикле изменения напряжений становится невозможным и трещина превращается в нераспространяющуюся [30].

При повышении скорости деформирования сокращается продолжительность действия деформирующих напряжений, пластическая деформация протекает в меньшем объеме металла. Поэтому с увеличением скорости деформирования при сохранении постоянства нормальной составляющей усилия резания величина деформирующих напряжений повышается. Последнее увеличивает интенсивность размножения дислокаций и ускоряет процесс образования субструктуры (дробление зерна на фрагменты и блоки), вызывая этим повышение степени наклепа, но уменьшая его глубину. Влияние скорости деформирования особенно заметно при переходе к удару (обдувка дробью, гидрогалтовка).

Процесс резан и я, бесспорно, процесс сложны и, так как в нем пластическая деформация протекает относительно главных осей, положение которых зависит от процесса трения.

валу дан на фиг. 4. При построении графика для упрощения предположено, что рабочая деформация протекает практически мгновенно. Это не вносит заметной ошибки в результат расчёта потребной мощности.

В процессе ползучести число следов скольжения, выходящих на поверхность полированного образца, испытываемого в вакууме, сначала увеличивается, а затем остается постоянным. Время, в течение которого происходит увеличение числа следов скольжения, соответствует первой стадии процесса ползучести, когда деформация протекает с убывающей скоростью. На стадии установившейся ползучести число полос скольжения остается неизменным [Л. 60]. Образование следов скольжения и упрочнение обусловлены одним и тем же процессом перемещения дислокаций и взаимодействия их между собой и с препятствиями. В окрестности пачки плоскостей скольжения металл упрочняется, и образование новых плоскостей скольжения затруднено. Более высокому уровню напряжений соответствует более высокая плотность следов скольжения на стадии установившейся ползучести.

Податливость соединяемых деталей обычно определяют в предположении, что деформация распространяется на так называемые конусы давления (рис. 7.25). На основе опытов принимают t^a-— = 0,4...0,5.

Кроме того, важно знать, в каких условиях напряженного состояния (плоское напряженное состояние или плоская деформация) распространяется усталостная трещина (рис. 31).

Однако немало встречается и таких случаев, когда эти условия не соблюдаются и на характере явлений сказывается конечная скорость распространения деформаций. Эти последние случаи не могут быть рассмотрены методами статики, они относятся к динамике упругих тел. Одну из задач динамики упругих тел, касающуюся распространения деформации в упруюм теле, мы и рассмотрим. Как ясно из сказанного, необходимость в таком рассмотрении возникает тогда, когда деформация изменяется быстро, размеры тела, в котором деформация распространяется, не очень малы, а скорость распространения не очень велика.

Начальная стадия заканчивается, когда локализованная ранее >на микро- и макроуровнях пластическая деформация распространяется по всему объему образца, т. е. когда образец подготовлен к дальнейшей равномерной деформации.

7.2. Влияние на упругие характеристики. Упругие характеристики металлов (Е, \а) практически не зависят от скорости деформирования, так как сама упругая деформация распространяется в теле со скоростью звука, намного превышающей скорость приложения нагрузки. Как известно, упругие свойства тела и скорость звука связаны между собой. Звук представляет собой механические колебания, распространяющиеся в упругой среде 1). ,:-.

Согласно уравнению (8), наклон области / на кривой v—К. должен уменьшаться по мере того, как радиус кривизны конца трещины увеличивается. Таким образом, анализ [207, 208, 210] должен предсказывать снижение зависимости скорости роста трещин в сплавах при понижении предела текучести, поскольку соответственно увеличивается релаксация напряжений в пластической зоне. Рис. 117 и 118 действительно подтверждают это предположение. Если, как полагают некоторые исследователи [166], пластическая зона впереди вершины трещины распространяется в зоне, свободной от выделений, вдоль границ зерен в высокопрочных алюминиевых сплавах, то очень узкая зона, свободная от выделений, должна приводить к более крутому подъему области / на кривой v—К. Такой характер кривых наблюдался на практике [166]. Однако следует напомнить, что ширина пластической зоны обычно на несколько порядков больше ширины зоны, свободной от выделений. Например, на рис. 106 показано, что пластическая деформация распространяется в области от одного до трех близлежащих от трещины зерен.

При трении двух соприкасающихся тел на их поверхности протекает весьма сложный процесс, сопровождающийся упругими и пластическими деформациями отдельных элементов поверхности и появлением царапин или матовых пятен. Если нагрузка невелика, то контактное взаимодействие определяется главным образом деформацией соприкасающихся микронеровностей площадь фактического контакта намного меньше площади номинального ) олтакта. Экспериментально доказано, что площадь фактического касания главным образом зависит от нагрузки Р и практически не зависит от размеров и формы тел. Важный фактор при трении твердых тел — различие между прочностью поверхностных слоев. Если прочность материала возрастает с глубиной, то имеет место «внешнее» трение, так как деформации локализуются в тонком поверхностном слое. Если же прочность материала убывает, то деформация распространяется вглубь и разрушение контактов происходит на значительном удалении от поверхности. Проведенные эксперименты при трении сферического индентора по образцам с покрытиями показали, что с уменьшением толщины покрытия коэффициент трения падает до определенного предела, а затем вновь возрастает (рис. 2).

соударении исследуемого объекта инерционный элемент массой m разгоняется под действием сил инерции до начальной скорости соударения v0. Кинетическая энергия ?0> приобретенная инерционным элементом на пути разгона, гасится вследствие деформирования чувствительного элемента. Возникающая в зоне контакта сила уравновешивается силой сопротивления деформированию чувствительного элемента. Линейность силовой характеристики датчика обеспечивается при деформировании профилированного участка чувствительного элемента. Когда деформация распространяется за пределы профилированного участка, линейность силовой характеристики нарушается. Конфигурация профилированного участка чувствительного элемента определяется соотношением, связывающим диаметр сечения профилированного участка и высоту сечения. Расшифровку показаний датчика производят по остаточной, т. е. максимальной, пластической деформации чувствительного элемента. Однако расчетные характеристики датчика определяют по максимальной упруго-пластической деформации. Очевидно, что чем меньше предел текучести материала чувствительного элемента, тем меньше доля упругой деформации в общей деформации чувствительного элемента.

На рис. 1-11 показана микроструктура технически чистого железа, подвергнутого деформации при растяжении. Пластическая деформация происходила путем сдвига части зерна относительно других его частей. В одном зерне деформация распространяется по несколь-

Существует несколько теорий, объясняющих природу ползучести металлов. Хорошее совпадение с экспериментами дает теория наклепа и рекристаллизации. В нагруженном поликристаллическом металле вследствие различной ориентировки зерен по отношению к действующим напряжениям возникает значительная перегрузка одних зерен и недогрузка других. В перегруженных зернах происходит пластическая деформация. Они разгружаются и одновременно упрочняются в результате наклепа. Далее пластическая деформация распространяется на непродеформировавшиеся зерна. Упрочнившиеся в первый момент зерна через некоторое время разупроч-няются вследствие рекристаллизации. В них опять возникает пластическая деформация, они опять упрочняются и т. д. При этом в образце или детали происходит постепенное накопление пластической деформации.

Другим мероприятием, способствующим более равномерному распределению напряжений, является применение бочкообразной формы зубьев (фиг. 3) *. Сравнивая контакт зубьев под нагрузкой (см. фиг. 1, в и 3, а), замечаем, что в первом случае получается большая деформация / при малой длине / упругой площадки контакта, а во втором даже незначительная деформация / распространяется на большую длину /.