Деформации возрастают

дислокаций. При этом единственным источником упрочнения являются дислокационные диполи (образуемые при слиянии двух параллельных дислокаций противоположного знака), вызывающие направленные искажения, блокирующие перемещение дислокаций. Стадия легкого скольжения заканчивается образованием достаточно большого количества диполей и связанных с ними трехмерными клубками дислокаций, способствующих к возникновению скольжения по системам, пересекающим первичную. Другими словами, существует некоторая критическая плотность дислокаций, по достижению которой скольжение происходит по вторичным системам скольжения, что приводит к резкому росту упрочнения за счет взаимодействия пересекающихся дислокаций. При этом плотность дислокаций с увеличением деформации возрастает быстрее, чем линейная функция. Длина свободного пробега дислокаций непрерывно уменьшается, что подтверждается данными об уменьшении длины линий скольжения. На этой стадии упрочнения эффекты динамического возврата незначительны, поэтому деформационное упрочнение, как и на стадии легкого скольжения, соответствует линейному закону, то есть —- = const = E'. Величина Е" не зависит от dEj

ным источником упрочнения являются дислокационные диполи (образуемые при слиянии двух параллельных дислокаций противоположного знака), блокирующие перемещение дислокации. Стадия легкого скольжения заканчивается образованием достаточно большого количества диполей и связанных с ними трехмерными клубками дислокаций, способствующих возникновению скольжения по системам, пересекающим первичную. Другими словами, существует некоторая критическая плотность дислокаций, по достижению которой скольжение происходит по вторичным системам, что приводит к резкому росту упрочнения за счет взаимодействия пересекающихся дислокаций. При этом плотность дислокаций с увеличением деформации возрастает быстрее, чем линейная функция. Длина свободного пробега дислокаций непрерывно уменьшается, что подтверждается данными об уменьшении длины линий скольжения. На этой стадии упрочнения эффекты динамического возврата незначительны, поэтому деформационное упрочнение, как и на стадии легкого скольжения, соответствует линейному закону, то есть dc/de = Е' = const. Величина Е' не зависит от условий растяжения, скорости и температуры испытаний и равна примерно 1О2 G. Таким образом, модуль упрочнения на стадии быстрого упрочнения примерно на два порядка больше, чем на стадии легкого скольжения. Высокая скорость упрочнения объясняется образованием большого количества коротких линий скольжения, дислокации которых создают скопление перед барьерами внутри кристалла. Такими барьерами могут быть барьеры Ломера-Коттерелла, обусловленные поперечным скольжением (когда дислокации покидают одну плотно упакованную плоскость, переходя в другую, пересекающуюся с первой). Критическое напряжение, при котором начинается стадия III, сильно зависит от температуры, поскольку поперечное скольжение требует термической активации. На стадии динамического возврата происходит массовое двои-

Это объясняется тем, что с развитием деформации возрастает число участков с повышенной плотностью дислокаций и, следовательно, увеличивается возможность образования рекристаллизован-ных объемов. При высоких степенях деформации скорость образова-

В нижних зонах слитка плотное прилегание твердой корки к матрице возможно в первые моменты после приложения давления, затем с ростом ее толщины сопротивление деформации возрастает, и при оы=Р .возможен отход ее от стенки матрицы, в результате чего образуется газовый зазор, приводящий к уменьшению интенсивности теплообмена между слитком и прессформой. Кроме того, во время заливки происходит интенсивное дви-

На рис. 3 сплошной кривой представлена долговечность в соответствии с уравнением (13). Интеграл был вычислен с помощью численного интегрирования. Из рисунка следует, что в малоцикловой области наблюдается хорошее согласие между числом циклов NL,-полученным из уравнения (13), и экспериментально определенным числом циклов; в многоцикловой области можно наблюдать возрастающее различие между экспериментально определенным числом циклов до разрушения образца Nf и числом циклов, необходимых для распространения трещины NL определенных из уравнения (13). Эта разность с понижением амплитуды пластической деформации возрастает, что соответствует росту числа циклов, необходимых для зарождения трещины.

в) малоцикловую усталостную долговечность (N/ •< 5 • 104) гладких образцов можно прогнозировать с помощью уравнения, описывающего распространение усталостной трещины. В области многоцикловой усталости с понижением амплитуды пластической деформации возрастает число циклов на стадии зарождения трещины;

теле достигает заданного значения еь При этом рассматриваем три случая: скорость деформации остается постоянной (кривая /); скорость деформации монотонно возрастает (кривая 2); скорость деформации возрастает до максимального своего значения, затем резко снижается практически до нуля (кривая 3).

Основное условие получения достоверных результатов в квазистатических испытаниях — поддержание с заданной точностью однородности напряженного и деформационного состояния материала в объеме рабочей части образца. Это позволяет принимать регистрируемые зависимости между напряжением и деформацией за характеристики поведения локального объема материала. Таким методом определены характеристики сопротивления материалов деформированию в большинстве проведенных до настоящего времени исследований, в основном при испытаниях на растяжение или сжатие со скоростями до 10 м/с [69, 167, 208, 210, 305, 406, 409]. Область более высоких скоростей деформирования, особенно при испытаниях на растяжение, обеспечивающих получение наиболее полной информации о поведении материала под нагрузкой, практически не исследована. Такое ограничение исследований обусловлено тем, что с ростом скорости деформации возрастает влияние волновых процессов и радиальной инерции в образце и цепи нагружения, ведущих к нарушению однородности деформации и одноосности напряженного состояния в объеме рабочей части образца и затрудняющих приведение усилий и деформаций в материале. Уменьшение влияния этих эффектов требует разработки специальных методик для испытаний с высокими скоростями деформации.

В металлах структурное состояние определяется размерами зерен, блоков и других параметров микроструктуры и плотностью дефектов кристаллической решетки — линейных, точечных и т. д. При высокоскоростной деформации, контролируемой динамикой дислокаций, структурное состояние материала достаточно полно может быть охарактеризовано плотностью дислокаций и концентрацией дефектов различной физической природы на пути их движения. Обычно принимается, что с ростом пластической деформации возрастает плотность дислокаций,, изменяясь от начальной плотности L0 до величины L=L0f(en). Функция размножения чаще всего аппроксимируется линейной или степенной зависимостью (для области малых степеней деформации) f(en) = l + aien*«, где а\ и Х1. — постоянные, характеризующие материал.

Зависимость сопротивления материала от скорости деформации является сложной. Если в области малых, статических скоростей взаимодействие процессов упрочнения и разупрочнения с ростом скорости может привести как к повышению сопротивления деформации, так и к его понижению, то при ударном растяжении (при отсутствии фазовых превращений) с ростом скорости сопротивление деформации возрастает [322, 333—335, 360] в результате роста вязкой составляющей сопротивления.

такой зависимости для времени релаксации приводит при определенных условиях к появлению характерной особенности: на фронте волны появляется участок спада нагрузки и деформации, вызванной снижением упругих деформаций за упругим •фронтом вследствие более быстрого роста пластической деформации при распространении волны. Характерное распределение напряжений и деформаций в стержне и их изменение во времени для этого случая представлены на рис. 63, 64. Кривая деформирования материала (рис. 65) характеризуется наличием участка снижения полной деформации за фронтом упругой деформации. Вследствие снижения времени релаксации с ростом деформации возрастает крутизна упруго-пластического фронта деформаций и быстрее проявляется плато.

происходят по механизму вязкого или хрупкого разрушения. Заметим, что в кислых средах, вызывающих общую коррозию, часто отмечается заметное снижение относительного сужения, хотя равномерное удлинение может быть таким же, как и при испытаниях на воздухе. Важно подчеркнуть, что только лишь в условиях общей коррозии может реализоваться вязкое разрушение бездефектного металла оборудования при нормальных режимах эксплуатации. Это можно объяснить тем, что несмотря на постоянство действующей на объект нагрузки, из-за уменьшения рабочего сечения при коррозии напряжения и деформации возрастают, и в определенный момент времени возможно наступление текучести металла, а затем потеря устойчивости пластических деформаций (шейкообразова-ние) по аналогичному механизму при растяжении образца монотонно возрастающей нагрузкой (рис. 2.7). В условиях локализованной (язвенной, точечной) коррозии коррозионные поражения инициируются в областях с выраженной механохимической неоднородностью свойств. При этом окончательное разрушение происходит в результате сдвига или отрыва (рис. 2.6). Часто имеет место сквозное коррозионное поражение в виде язв без участков долома. Коррозионное растрескивание возможно даже при отсутствии макроскопических дефектов или концентраторов напряжений, например, в средах, содержащих влажный сероводород. Разрушение при коррозионном растрескивании, как правило, хрупкое. В сварных соединениях в большинстве случаев коррозионное растрескивание инициируется в местах перехода от металла шва к основному металлу (рис. 2.6,г). Особенностью разрушений при кор-розионно-механическом воздействии является наличие на изломах продуктов коррозии, большого количества коррозионных поражений, ветвление трещин и др.

Можно отметить следующие особенности разрушений при статическом нагружении при одновременном действии механических нагрузок и рабочих сред. В условиях общей коррозии характер разрушений мало отличается от такового при статическом нагружении в нейтральной среде. В зависимости от качества металла и свойств коррозионной среды разрывы происходят по механизму вязкого или хрупкого разрушения. Важно подчеркнуть, что только лишь в условиях общей коррозии может реализоваться вязкое разрушение бездефектного металла оборудования при нормальных режимах эксплуатации. Это можно объяснить тем, что, несмотря на постоянство действующей на объект нагрузки, из-за уменьшения рабочего сечения при коррозии напряжения и деформации возрастают, и в определенный момент времени возможно наступление текучести металла, а затем потеря устойчивости пластических деформаций (шейкообразование) по аналогичному механизму при растяжении образца монотонно возрастающей нагрузкой. В условиях локализованной (язвенной, точечной) коррозии коррозионные поражения инициируются в областях с выраженной механохимической неоднородностью свойств. При этом окончательное разрушение происходит в результате сдвига или отрыва. Часто имеет ме-

Характеристики пластичности (относительное удлинение 6 и поперечное сужение яз в области шейки образца) с повышением скорости деформации возрастают. Для высоких скоростей (выше 20 м/с) (см. рис. 52) для сплава Д16 в эксперименте наблюдается некоторое снижение относительного удлинения при отсутствии снижения уровня поперечной деформации в области шейки образца. Однако в связи с распространением по длине рабочей части образца упруго-пластической волны снижение относительного удлинения следует связать с неравномерным деформированием образца, а не со снижением его характеристик пластичности.

При постоянной величине скорости нагружаемого конца стержня распределение напряжений и деформаций по длине стержня, их изменение во времени и кривые деформирования материала при распространении волны представлены на рис. 59 — 62. В соответствии с аналитическим решением амплитуда упругой волны уменьшается по мере распространения волны по экспоненциальному закону. За фронтом упругой волны напряжения и деформации повышаются, асимптотически приближаясь к максимальной величине у нагружаемого конца стержня. Вблизи нагружаемого конца в начальной стадии распространения волны напряжения и деформации возрастают с течением времени, пока не достигнут определяемой упрочнением

Следовательно, пластическая деформация, ползучесть, неупругость и разрушение связаны со структурно-чувствительными свойствами и должны рассматриваться применительно к кристаллам, не обладающим идеальным строением. Пластическая, деформация металлов и сплавов в холодном состоянии осуществляется только движением дислокаций (пластическое течение). По мере развития пластической деформации возрастают плотность дислокаций, концентрация вакансий, полигонизация, происходит измельчение зерен, образование текстуры. Это приводит к усилению искажений кристаллической решетки, к ее разрыхлению, к изменению структурно-чувствительных свойств: прочности, пластичности, твердости, ползучести, внутреннего трения и других физико-механических свойств. Особенно заметно увеличиваются прочностные свойства и снижаются пластические.

ПРЕДЕЛ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОСТИ — напряжение, при нагружении до к-рого деформации возрастают пропорционально напряжениям. В технике определяют условный П. п. как напряжение, при к-ром отклонение приращения деформации (удлинения, осадки, сдвига) от закона пропорциональности достигает определенной обусловленной величины: для удлинения при растяжении и изгибе и осадки при сжатии 50% (иногда 10 или 30%), для сдвига при кручении соответственно 75, 15 и 45%. П. п. при растяжении, сжатии, смятии, изгибе, кручении обозначаются соответственно апц, а_пц, стпц см, ат изг, тпц. П. п. вычисляются по формулам:

В полимерах наблюдается так называемое набукание, состоящее в проникновении в них газа или жидкости, находящихся в контакте с ними. В набухшем полимере возрастает объем, понижается прочность, но эластические и пластические деформации возрастают. При увеличении степени набухания происходит ослабление межмолекулярных связей и начинается растворение полимера в растворителе, ничем не ограниченное в случае, если полимер имеет аморфную структуру. Полимеры с высокой степенью кристалличности растворимостью обладают лишь при температуре, близкой к температуре плавления кристаллов.

Предельная длина свинчивания соответствует максимальному числу витков, на которые действует нагрузка при наличии в резьбе пластических деформаций, и зависит преимущественно от диаметра и шага резьбы, диаметра (жесткости) тела гайки, влияющих на радиальные деформации гайки при нагружении и характер распределения нагрузки между витками резьбы. На рис. 5.12 приведена зависимость предельной длины свинчивания от отношения d/P = 6 ... 24 для гаек с разными диаметрами. При D/d = = 3 предельная относительная длина свинчивания приблизительно постоянна: HJd = 1,90 ... 1,95. При уменьшении диаметра гайки до D/d = 2 радиальные деформации возрастают и Hn/d = = 1,55 ... 1,60.

Процесс нагружения прекращается, если хотя бы в одном слое достигнуты предельные напряжения CTI = F+1, CTI = F_i, или (и) а2 = F_2. Процесс нагружения прекращается также тогда, когда матрица [G"] теряет положительную определенность и процесс деформирования многослойного КМ становится неустойчивым (деформации возрастают без увеличения нагрузки). Программа учитывает изменение начальных углов армирования при нагружении (структурную нелинейность).

Влияние температуры металла на практике нельзя рассматривать в отрыве от скоростных условий деформирования. Как следует из определения горячей деформации, скорость деформирования при ней должна обеспечить полное протекание процесса рекристаллизации, скорость которой зависит от температуры. С увеличением скорости деформации при постоянной температуре увеличивается влияние упрочнения над рекристаллизационным разупрочнением и давления при той же деформации возрастают (см. рис. 3.3). Поэтому для некоторых особо чувствительных к увеличению скорости деформирования сплавов, например алюминиевых и магниевых, горячее деформирование рекомендуется осуществлять на тихоходных гидравлических прессах, а не на молотах.

Важно подчеркнуть, что только лишь в условиях общей коррозии может реализоваться вязкое разрушение бездефектного металла (рисунок 1.13). Это можно объяснить тем, что, несмотря на постоянство действующей на объект нагрузки, из-за уменьшения рабочего сечения при коррозии напряжения и деформации возрастают и в определенный момент времени возможно наступление текучести металла, а затем потеря устойчивости пластических деформаций (шей-кообразование) по аналогичному механизму при растяжении образца монотонно возрастающей нагрузкой.