Физические основы пластичности и прочности металлов (стр. 3 из 3)
Техническая прочность железа: SОТ = 70 кгс/мм2, σв = 30 кгс/мм2. Такое большое различие объясняется тем, что теоретическая прочность соответствует идеальной бездефектной кристаллической решетке металла.
В реальных металлах всегда имеются дислокации и другие дефекты кристаллической решетки, включения, микротрещины и т. п., понижающие прочность и инициирующие разрушение (рис. 3).
Рис.3 Зависимость прочности от количества дислокаций и других дефектов кристаллической решетки (схема И. А. Одинга): 1 - чистые, отожженные металлы; 2 - сплавы, упрочненные легированием, термической обработкой, пластической деформацией (наклеп) и т. п.
Минимальную прочность имеют чистые, отожженные металлы при плотности дислокаций около 107-108 см-2. С уменьшением количества дислокаций сопротивление деформированию, т. е. прочность металла, возрастает и может достигать теоретического значения.
Убедительные доказательства справедливости этого положения были получены при исследовании металлических усов - нитевидных кристаллов толщиной 0,5-2 мкм и длиной до 10 мм с практически бездефектной (бездислокационной) кристаллической структурой. Усы железа толщиной 1 мкм имеют предел прочности σв = 1350 кгс/мм2, т. е. почти теоретическую прочность. Ввиду малых размеров усы применяют ограниченно. Увеличение размеров усов приводит к появлению дислокаций и резкому снижению прочности. Правее точки 1 (см. рис. 3) с увеличением количества дислокаций (дефектов) прочность металлов возрастает.
Это используют при таких способах упрочнения, как легирование, термическая обработка, холодная пластическая деформация и т. д.
Основными причинами упрочнения являются увеличение количества (плотности) дислокаций, искажения кристаллической решетки, возникновение напряжений, измельчение зерен металла и т. д., т. е. все то, что затрудняет свободное перемещение дислокаций.
Предельная плотность дислокаций для упрочнения составляет примерно 1012 см-2. При большей плотности в металле образуются субмикроскопические трещины, вызывающие разрушение.
Заключение
Вопросы пластичности и прочности твердых тел имеют первостепенное значение для многих отраслей техники. Пластичность и прочность данного материала определяют в конечном счете возможность использования его в строительных сооружениях, в деталях машин, в конструкциях приборов, в инструментах для механической обработки твердых тел и во многих других случаях. Эти же свойства определяют также возможность механической обработки данного материала давлением (ковкой, прокаткой, штамповкой, резанием) и задают мощности применяемых для этой цели машин.
В настоящее время следует проблему прочности и пластичности твердых тел рассматривать с позиций двух областей интересов – физической и технической.
Первая из них включает: а) выяснение физической природы пластичности и прочности твердых тел на основе изучения элементарных процессов, протекающих при деформировании и разрушении, б) систематическое накопление и обобщение новых фактов и закономерностей поведения твердых тел в условиях, встречающихся на практике. Во вторую область интересов входят все задачи, связанные с применением твердых тел в технике с общим феноменологическим описанием их силового и деформационного поведения при разных видах напряженного состояния и в многообразных условиях эксплуатации с применением этих сведений для расчета прочности и пластичности деталей машин и сооружений на базе формальных теорий прочности и пластичности.
Исследования природы прочности и пластичности твердых тел необходимы для создания строгой физической теории их пластического деформирования и разрушения. Построение такой теории состоит в первую очередь в решении задачи об отступлении строения твердых тел от идеально правильного под воздействием механических факторов и о влиянии нарушений идеального строения твердых тел на их пластичность и прочность.
Совершенно очевидно, что отсутствие физической теории, опирающейся на многообразие экспериментальных фактов, которые удалось накопить в итоге многолетней работы над проблемой, по-прежнему будет тормозить решение ряда возможных практических вопросов. Главнейшие из них состоят в следующем: в разработке принципов создания новых материалов с заданными свойствами, в улучшении существующих материалов, в определении путей дальнейшей рационализации их обработки. Огромное народнохозяйственное значение этих задач очевидно. Между тем до настоящего времени существует заметный разрыв между запросами техники в отношении прочности и пластичности материалов для разнообразных условий их работы в машинах и конструкциях и возможностями теории для отыскания путей решения стоящих задач. Сейчас, в лучшем случае, мы располагаем лишь набросками возможной теории отдельных явлений, а также некоторыми экспериментальными основами теории, охватывающими далеко не полностью стоящие перед нами вопросы.
Список литературы
1. Александров, А. В. Основы теории упругости и пластичности: учебник для вузов. - М. : Высшая школа, 1990. - 399 с. - ISBN 5-06-000053-2.
2. Гуль В. Е., Структура и прочность полимеров, 2 изд., М., 1971.
3. Зубчанинов, В. Г. Основы теории упругости и пластичности: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / В. Г. Зубчанинов. - М.: Высшая школа, 1990. - 368 с.: ил. - ISBN 5-06-000706-5.
4. Инденбом В. Л., Орлов А. Н., Проблема разрушения в физике прочности, "Проблемы прочности", 1990, № 12, с. 3;
5. Г.В.Курдюмов. Физические основы прочности и пластичности твердых тел. – М.: - 1975.
6. Механические свойства материалов, пер. с англ., под ред. Г. И. Баренблатта, М., 1966;
7. Основы теории упругости и пластичности: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / В. Г. Зубчанинов. - М. : Высшая школа, 1990. - 368 с. : ил. - ISBN 5-06-000706-5.
8. Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974.
9. Соколовский В. В., Теория пластичности, 3 изд., М., 1969.
10. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. С. 86. ISBN 5-7038-1340-9.
11. Численные методы в теории упругости и пластичности: учеб. пособие для ун-тов. / Б.Е. Победря. - М.: Мгу, 1981. - 343 с