Деформации происходят

СП не является свойством каких-то особых сплавов, и при соответствующей подготовке структуры и в определенных условиях деформации проявляется у большого количества сплавов, обрабатываемых давлением.

Структурное состояние стали определяет жаропрочные свойства как прямых труб, так и гибов. Так, в [17] изучены жаропрочные свойства большого числа труб и гибов паропроводов, изготовленных из стали 12Х1МФ, и установлено, что основное влияние на разброс значений длительной прочности оказывает структурное состояние стали. Холодная пластическая деформация гибки не изменяет существенно этого разброса и несколько повышает жаропрочные свойства стали. Упрочняющее влияние деформации проявляется тем заметней, чем стабильней исходная структура. Так, при исходной феррито-карбидной структуре упрочняющее влияние гибки отчетливо проявляется и сохраняется длительное время, например при 540 °С — до нескольких десятков тысяч часов. В стали со структурой фрагментирован-

Как было отмечено выше, в зависимости от соотношения площадей, на которых преимущественно развиваются анодная и катодная реакции (5а и SK), эффект деформации проявляется по-разному в сдвиге стационарного потенциала и изменении тока коррозии: например, с ^увеличением 5К (уменьшением поляризационного сопротивления катодного процесса) уменьшается деформационный сдвиг стационарного потенциала и растет дёформацион- * ное приращение скорости коррозии.

Как было отмечено выше, в зависимости от соотношения площадей, на которых преимущественно развиваются анодная и катодная реакции (5а и 5К), эффект деформации проявляется по-разному в сдвиге стационарного потенциала и изменении тока коррозии: например, с увеличением SK (уменьшением поляриза- ционного сопротивления катодного процесса) уменьшается дефор мационный сдвиг стационарного потенциала и растет деформацией ное приращение скорости коррозии.

Кинетика пластического течения на начальной стадии деформирования и природа поверхностных источников сдвигообразо-вания широко изучались в 30—40-х годах. В результате этих исследований было установлено, что начальные акты пластического течения, как правило, связаны с поверхностными слоями кристалла [55, 56]. Позднее также на основании рентгенографических исследований аналогичный вывод был сделан в работе [57]. В дальнейшем гипотеза о преимущественном пластическом течении в приповерхностных слоях кристалла на начальных стадиях деформирования получила подтверждение электронографическими, поляризационно-оптическими, металлографическими и другими методами исследования. Наиболее сильно влияние поверхностных слоев на общий процесс макроскопической деформации проявляется на монокристаллах металлов и химических соединений в специфических условиях внешней среды (газовой, жидкой, в присутствии поверхностных пленок и т. д.) [54]. Однако аномальное-

С изменением температурного режима в аморфных полимерах свойство вынуждаемой эластической деформации проявляется как способность «замораживания» упругих деформаций; последнее состоит в следующем. Если нагреть лист линейного полимера до возникновения в нем каучукоподобного состояния и придать ему путем прессования некоторую форму и охладить полученное таким образом изделие с сохранением его формы (т. е. не снимая пуансона, при помощи которого производилось прессование), то при комнатной температуре эта форма оказывается устойчивой. Однако если описываемое изделие нагреть выше определенной температуры, то оно приобретает вновь форму листа. Следовательно, во-первых, деформации, имевшие место при прессовании, были упругими, во-вторых, охлаждение изделия после прессования, с сохранением его формы, приводило к так называемому «замораживанию» указанных упругих деформаций.

При температуре испытания 650° С, так же как и при 450° С, вид нагружения определяет характер изменения деформационных циклических характеристик (рис. 2.15). В условиях моногармонического нагружения при малых временах нагружения (больших уровнях напряжений) разупрочняющее влияние температуры, несмотря на большую величину деформации, проявляется в большей мере, и, наоборот, при меньших уровнях нагрузки (деформации), обусловливающих и большее время нагружения, процессы структурных изменений материала оказывают большее влияние. В результате при меньших напряжениях более интенсивно и более длительное время может наблюдаться уменьшение ширины петли гистерезиса (см. рис. 2.15). При больших амплитудах напряжений упрочнение быстро сменяется разупрочнением При этом для малых уровней нагрузки (разрушающее число циклов N ^> 103) накопление деформаций невелико и ограничивается, как правило, величиной деформации, накопленной в первом цикле, а на стадии окончательного разрушения, когда материал сильно поврежден, в отдельных случаях проявляется склонность к накоплению деформации в сторону сжатия. Однако это накопление незначительно (см. рис. 2.15).

Сверхпластичность не является свойством каких-то особых сплавов и при соответствующей подготовке структуры и в определенных условиях деформации проявляется у большого числа сплавов, обрабатываемых давлением.

Характерный пример - АЭ, возникающая при распространении трещин в материале. Подрастание трещин, возникающее под действием внешних и внутренних факторов, имеет скачкообразный характер, при котором чередуются периоды стабильного состояния трещины при возможном увеличении пластической деформации у ее вершины, и периоды, когда трещина меняет свою длину с околозвуковой скоростью, переходя в новое состояние равновесия. Переход сопровождается упругой волной, регистрируемой преобразователем как сигнал дискретной АЭ. В промежутки времени между скачками, при накоплении пластической деформации, проявляется характерная для пластического деформирования непрерывная АЭ. Средняя скорость продвижения трещины в течение достаточно длительного периода наблюдения указанных явлений может не превышать малых долей миллиметра в час, и трещина еще

При пластической деформации проявляется эффект «необратимости» АЭ («эффект Кайзера»), который связан с прекращением регистрации АЭ на фиксированном уровне чувствительности. При повторном нагружении АЭ не регистрируется до тех пор, пока не превышен уровень предварительно приложенной нагрузки. Эффект Кайзера является отражением необратимости самой пластической деформации. Эффект заключается не в полном отсутствии АЭ после цикла разгрузка - последующее нагружение, а лишь в уменьшении значений параметров АЭ по сравнению с первым нагруженном. Сигналы АЭ могут наблюдаться в процессе разгрузки и на упругом участке последующего нагружения. Но при этом суммарный счет на два порядка меньше счета, достигнутого перед разгрузкой.

Чувствительность аустенитных швов к воздействию пластической деформации проявляется в их способности к самонаклепу в процессе сварки в условиях затрудненной усадки (см. гл. V).

Сложное упругонапряженное состояние металла приводит к пластической деформации, а рост ее — к сдвиговым деформациям, т. е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Сдвиговые деформации происходят в зоне стружкообразования ABC, причем деформации начинаются по плоскости АВ и заканчиваются по плоскости АС, в которой завершается разрушение кристаллов, т. е. скалывается элементарный объем металла и образуется стружка. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки.

Условно считают, что сдвиговые деформации происходят по плоскости 00, которую называют плоскостью сдвига. Она располагается примерно под углом 8 = 30° к направлению движения резца. Угол 9 называют углом сдвига. Наличие поверхности сдвига в процессе стружкообразования и положение ее в пространстве было установлено русскими учеными И. А. Тиме и К. А. Зворыкиным. Срезанный слой металла дополнительно деформируется вследствие трения стружди о переднюю поверхность инструмента. Структуры металла зоны ЛВС и стружки резко отличаются от структуры основного металла. В зоне ABC расположены деформированные

Тепловые деформации происходят по причинам: 1) нагрева теплом, выделяющимся при резании металла; 2) нагрева теплом, образующимся при трении движущихся частей станка; 3) непостоянства температуры помещения, вследствие чего происходят неравномерный нагрев или охлаждение системы станок — приспособление — инструмент — деталь.

Изменение объема при деформации твердого тела связано с эволюцией фрактальных кластеров как носителей дефектов. В процессе деформации происходят скрытые необратимые изменения объема на микро- и мезоуровнях, приводящие в конечном итоге к исчерпанию возможности материала восстанавливать форму.

Для этой цели применяются специальные машины, в которых образцы испытуемого материала подвергаются различным деформациям. При этом обычно изучается связь величин деформаций с силами, которые приложены к испытуемому образцу, или, что то же самое (пока деформации происходят медленно), с силами, возникающими в самом образце. Так как для большинства применяемых на практике материалов даже большие силы вызывают сравнительно малые деформации, то машины, применяемые для испытания материалов, должны, с одной стороны, развивать большие силы, а с другой — позволять измерять малые деформации (конструкции этих машин сложны, и мы не будем их здесь описывать). Принцип же их действия ясен из самой цели, для которой они служат. Результаты испытания материалов даются обычно в виде графиков, изображающих связь между деформациями образца и силами, в нем возникающими.

Изменение объема при деформации твердого тела связано с эволюцией фрактальных кластеров как носителей дефектов. В процессе деформации происходят скрытые необратимые изменения объема на микро- и мезоуровнях, приводящие в конечном итоге к исчерпанию возможности материала восстанавливать форму.

Релаксационные свойства П. наиболее ярко проявляются в переходной областиот стеклообразного к высокоэластич. состоянию, а у линейных П.— и при переходе материала в вязкотекучее состояние. Фундаментальным для понимания механики П. и ключом к объяснению различных физич. состояний являются релаксац. св-ва втих материалов. Мол. природа релаксац. св-в жидкостей и аморфных П. одна и та же. Как атомы и молекулы в низкомолекулярных жидкостях под действием теплового движения переходят из одного равновесного положения в другое, так и участки линейных макромолекул (сегменты) перемещаются из одного положения в другое. При этом частота перехода сегментов из одного равновесного состояния в соседнее зависит от величины потенциальных барьеров и темп-ры, а также напряжения — чем выше напряжение, тем легче совершается переход сегментов в направлении силы и труднее в противоположном. Развитие деформации цепи происходит путем после-доват. перемещения сегментов, т. е. во времени. Поэтому высокоэластич. деформация отстает от напряжения. При периодич. изменении напряжения вследствие этого при каждом цикле деформации происходят ме-ханич. потери, изображаемые на диаграмме петлей гистерезиса. Иначе говоря, феноме-нологич. причиной как отставания деформации от напряжения, так и механич. потерь является внутреннее трение.

пластические деформации происходят в первую очередь (в таких кристаллитах не успевают развиться большие напряжения). В других кристаллитах эти деформации происходят в последнюю очередь, в них возникают большие напряжения. Диаграмма напряжений, записываемая при испытании образца, является осредненной для всего множества кристаллитов. Если же на нее наложить диаграммы для отдельных кристаллитов, то они не совпадут с нею. На рис. 4.28 линия О ABC — диаграмма напряжений для образца, линия Оаф^ (Оа262с2) — диаграмма напряжений для кристаллита, в котором пластические деформации начались рано (поздно). Поскольку кристаллиты между собой связаны и не могут деформироваться независимо, образуя статически неопределимые системы, при разгрузке в них возникают остаточные напряжения а^ и
с течением времени в материале без увеличения напряжений (нагрузки) и без изменения температуры происходит рост пластических деформаций 1). Различается две разновидности ползучести: ползучесть с участком установившегося процесса и неустановившаяся ползучесть. Первая из них в системе осей azt (t — время) изображается диаграммой, показанной на рис. 4.61. Из диаграммы видно, что некоторая деформация емгн, называемая мгновенной, происходит в тот относительно короткий промежуток времени, в течение которого прикладывалась нагрузка. Далее без увеличения нагрузки (напряжений) происходит рост деформаций. В течение отрезка времени 0^ деформации происходят при переменной скорости. Скорость деформаций уменьшается до определенной величины, и диаграмма имеет криволинейную форму. Начиная с момента ^ и до момента /2 деформации растут с постоянной скоростью, при этом ползучесть называется установившейся и может происходить очень длительное время,

тура, при' которой это происходит, называется критической (Ткр). Начиная с Т= Гкр и при более высоких температурах (в диапазоне ТКр ее 7" < Гп) вид диаграмм растяжения становится таким, какой показан на рис. 4.94Д Напомним, что вся деформация в этом диапазоне температур (небольшая упругая и огромная высокоэластическая) при снятии нагрузки исчезает. Появляющиеся в температурной области Tg *^. Т < Тп высокоэластические деформации происходят с образованием шейки и ориентированием всего образца. Однако вся картина в общем-то аналогична той, которая была рассмотрена в области Тхр < Т < Tg, но все же отличается тем, что начало образования шейки соответствует весьма малому напряжению, тогда как при Т < Tg ориентационное упрочнение происходит быстрее, чем в высокоэластическом состоянии. В следующем диапазоне темпера-ТУР (Тп ==? Т '< Tf) деформация в содержит два слагаемых: высокоэластическую деформацию еэл и остаточную деформацию в0(.т. Измеряя деформацию в конце каждого шага нагружсния и производя разгрузку, можно отделить одно слагаемое от другого. По мере роста Т в указанной выше области доля остаточной деформации растет. Наконец, при Т = Tf деформация становится полностью необратимой и образец течет при очень малом напряжении.

При остывании легированной стали распад аустенита в зависимости от ее химического состава и скорости остывания может начаться при низких температурах (гораздо ниже, чем при его образовании при нагреве) с переходом аустенита в мартенсит, образование которого связано с резким увеличением объема. Так как в этом случае объемные деформации происходят при температурах, когда металл находится в упругом состоянии, то эти структурные превращения приводят к образованию остаточных напряжений.