Что значит пластическая деформация

Виды пластической деформации.

Пластическая деформация металлов, виды и определения

Обработка металлов давлением это деформация. Многие помнят закон Гука из школьной программы. Так существует упругая и пластическая деформация. В нашем случае, поговорим о пластической. Как нас учил проф. д.т.н. Осадчий В.Я. на лекциях по теории обработки металлов давлением (ТОМД) на сегодняшний день подразделяют на:

• холодную деформацию;
• неполную холодную (подобную холодной);
• неполную горячую;
• горячую.

При холодной деформации происходит упрочнение металла, при этом возврат и рекристализация не происходит. Иными словами при холодной деформации разупрочнение не происходит, а также не происходит залечивания нарушений внутри и межзеренных, так как не действуют механизмы термической пластичности. В результате холодной деформации прочность увеличивается, а пластичность и плотность уменьшаются, металл охрупчивается. При деформации металла с высокой степенью образуется текстура; происходит изменение физических свойств металла. Холодная происходит при температуре ниже чем 0.3 tпл.(температура плавления).

При деф-ции металлов на горячую разупрочняется с такой скоростью, при которой не происходит упрочнения в результате деформации. Металл уплотняется, литая структура разрушается, образуются новые рекристаллизованные равноосные зерна; нарушения границ зерен и блоков залечиваются в результате действия механизмов термической пластичности. Степень деформации и скорость деформации (извините за тавтологию, но сказать по другому не получается) оказывают существенное влияние. Так при малых скоростях, степенях деформации и при температуре 0,7 tпл. происходит горячая деф-ция металлов. Практически трудно создать условия для холодной и горячей обработки давлением в чистом виде.

Поэтому при обработке давлением металлов часто наблюдаются неполная холодная и неполная горячая деформации. Неполная холодная деф. подразумевает, что наряду с упрочнением происходит частичное разупрочнение в результате возврата, вызванного разогревом из-за выхода тепла. Для металла после неполной холодной деф. характерны свойства металла, получившего низкотемпературную обработку после холодной деформации. Для процесса неполной холодной деформации температура находится в пределе от 0.3 до 0.5 tпл. К неполной холодной деформации можно отнести так называемую теплую, при которой металл нагревают от внешних источников.

Теплая прокатка тонких листов и лент и теплое волочение применяют при обработке труднодеформируемых сплавов, имеющих сопротивление деф-ции и пониженную пластичность. Подогрев до невысоких температур при теплой, не вызывая окисления поверхности, что характерно для горячей, несколько снижает сопротивление деформации и, что очень важно, повышает пластичность из-за появления новых систем скольжения. В конечном итоге при неполной горячей деформации металлов рекристаллизация, разупрочнение проходят не полностью. Таким образом структура металла получается рекристаллизованной с наличием деформированной. Температура неполной горячей соответствует от 0.5 до 0.7 tпл.

Неполная горячая из-за неоднородности структуры приводит к пониженным механическим свойствам и поэтому нежелательна. Приведенные выше температурные интервалы видов деформации являются ориентировочными. Вид деформации зависит не только от температурного режима, но и от степени и скорости деформации. Так, при высокой степени и скорости при начальной температуре металла значительно ниже 0,3 tпл деф-ция получается неполной холодной. Для нее характерны частичное разупрочнение в результате большого выхода тепла из-за высокой степени деформации и малые потери тепла из-за высокой скорости деформации. Горячая деф-ция с высокими степенями и скоростями будет неполной, так как упрочнение в результате деформации происходит и при температурах выше 0,7 tпл.

Влияние степени и скорости деформации на упрочнение при деф-ции на горячую особенно сильно проявляется при обработке сплавов с пониженной скоростью и повышенной температурой рекристаллизации. Это характерно, например, для нержавеющих сталей аустенитного класса. Такие сплавы имеют высокое динамическое сопротивление деформации. Грамотным термомеханическим режимом при деформации на горячую необходимо добиваться отсутствия упрочнения и полной рекристаллизации в результате пластической деформации, но при данном процессе деформации упрочнение неизбежно.

Рассмотренные температурные условия разных видов деформации позволяют уточнить понятия «холодная и горячая деформации». Температурный интервал того или иного вида деформации зависит от температуры плавления. Принимать деф-цию без нагрева (при комнатной температуре) за холодную нельзя. Допустим, что происходит деф-ция олова, свинца и технического железа без нагрева при 25С. Определим сходственные (гомологические) температуры этих металлов при 25С, принимая температуру плавления олова 505К (232С), свинца 600К (327С) и железа 1800К (1530С). Тогда получаем сходственные температуры: для олова- 0,59 tпл, для свинца- 0,5 tпл, для железа это 0,165 tпл. Получается, что температура 25С для олова и свинца является горячей неполной деформации, а для железа (при малых степенях и скоростях деформации)- температурой холодной. Это подтверждают экспериментальные данные. Так, олово и свинец не наклепываются при обработке давлением при комнатной температуре. Скорость деф-ции оказывает существенное влияние на сопротивление деформации, т.е. олово и свинец ведут себя, как железо, при температуре от 0.5 до 0.6 tпл, равных 900-1080 К (630-810С).

Простые виды пластической деформации:

• сжатие
• растяжение
• сдвиг (срез)
• изгиб (гибка)
• кручение (торсировка)

Художественная ковка , Россия , Моск. обл. , г. Одинцово , ул.Транспортная, дом. 2. офис № 11, 143006 , тел. 7-985-557-47-02 . info@kovka-istrazone.ru

Делаем долго,дорого,качественно и очень красиво.
Евдокимов © 2010-2021.

Источник

Деформация в физике — формулы и определения с примерами

Содержание:

Деформация тела:

Вспомните ненастный день: дует порывистый ветер, гнутся деревья. Чем сильнее ветер, тем больше гнутся деревья. А вот физики говорят, что деревья деформируются. Когда ветер стихает, деревья возвращаются в свое первоначальное положение — деформация исчезает. Но если ветер достаточно сильный, то ветви деревьев и даже их стволы могут сломаться.

Виды деформации

Уже отмечалось, что результатом действия силы на тело может быть как изменение скорости движения тела, так и его деформация. Например, если толкнуть мячик, то он придет в движение, а некоторые его части при толчке сместятся относительно друг друга — мячик деформируется.

Деформация — изменение формы и (или) размеров тела. В зависимости от того, как именно части тела смещаются относительно друг друга, различают деформации растяжения, сжатия, изгиба, кручения, сдвига (см. таблицу).

Различия упругих и пластических деформаций

Возьмите эспандер (или ластик) и сожмите его — эспандер согнется. Но если прекратить сжимать эспандер, он полностью восстановит свою форму — деформация исчезнет (рис. 19.1). Деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия на тело внешних сил, называют упругими.

Делая глиняную фигурку, мастер мнет руками комок глины, и глина сохранит форму, которую придаст ей мастер (рис. 19.2). Тяжелый пресс на монетном дворе чеканит монеты из металлических заготовок, — после прекращения действия пресса монета не восстановит свою прежнюю форму куска металла. И глина, и металл «не помнят» своей формы до деформации и не восстанавливают ее. Деформации, которые сохраняются после прекращения действия на тело внешних сил, называют пластическими. Попробуйте привести другие примеры упругих и пластических деформаций.

Определение силы упругости

При деформации всегда возникает сила, стремящаяся восстановить то состояние тела, в котором оно находилось до деформации. Эту силу называют силой упругости (рис. 19.3).

Сила упругости — это сила, которая возникает во время деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению смещения частей этого тела при деформации. Обычно силу упругости обозначают символом , но в некоторых случаях используют и другие символы. Если тело давит на опору, то опора деформируется (прогибается). Деформация опоры вызывает появление силы упругости, действующей на тело перпендикулярно поверхности опоры. Эту сила называют силой нормальной реакции опоры и обозначаются символом (рис. 19.4).

Если тело растягивает подвес (нить, жгут, шнур), то возникает сила упругости, направленная вдоль подвеса. Эту силу называют силой натяжения подвеса и обозначают символом (рис. 19.5).

Закон Гука

Научное исследование процессов растяжения и сжатия тел начал Роберт Гук (рис. 19.6) в XVII в. Результатом работы ученого стал закон, который позже получил название закон Гука: При малых упругих деформациях растяжения или сжатия сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела и всегда пытается вернуть тело в недеформированное состояние: где — сила упругости; x — удлинение тела; k — коэффициент пропорциональности, который называют жесткостью тела.

Удлинение — это физическая величина, которая характеризует деформации растяжения и сжатия и равна изменению длины тела в результате деформации. Удлинение х определяется по формуле: где l — длина деформированного тела; — длина недеформированного тела (рис. 19.7). Жесткость тела можно определить, воспользовавшись законом Гука: Единица жесткости в СИ — ньютон на метр:

Жесткость — это характеристика тела, поэтому она не зависит ни от силы упругости, ни от удлинения. Жесткость зависит от формы и размеров тела, а также от материала, из которого тело изготовлено. Сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела, поэтому график зависимости — прямая (рис. 19.8). Чем больше жесткость тела, тем выше расположен график. Воспользовавшись графиками на рис. 19.8, определите жесткость тел І–ІІІ и убедитесь в справедливости последнего утверждения.

Почему возникает сила упругости

Вы хорошо знаете, что все тела состоят из частиц (атомов, молекул, ионов). В твердых телах частицы колеблются около положений равновесия и взаимодействуют межмолекулярными силами притяжения и отталкивания. В положениях равновесия данные силы уравновешены. При деформации тела во взаимном расположении его частиц происходят изменения. Если расстояние между частицами увеличивается, то межмолекулярные силы притяжения становятся больше сил отталкивания. Если же частицы сближаются, то больше становятся межмолекулярные силы отталкивания. Другими словами: при деформации частицы «стремятся» вернуться в положение равновесия. Силы, возникающие при изменении положения одной частицы, очень малы. Но когда тело деформируется, изменяется взаимное расположение огромного количества частиц. В результате сложение сил дает заметную равнодействующую, которая противостоит деформации тела. Это и есть сила упругости. Итак, сила упругости — проявление действия межмолекулярных сил.

Приборы для измерения силы

Сила — это физическая величина, поэтому ее можно измерить. Приборы для измерения силы называют динамометрами. Основная составляющая простейших динамометров — пружина. Рассмотрим принцип действия таких динамометров на простом примере. Чтобы с помощью пружины, жесткость k которой известна, измерить силу F, с которой кот тянет тележку (рис. 19.9), необходимо:

1) измерить удлинение x пружины; 2) воспользовавшись законом Гука, определить силу упругости которая действует на кота со стороны пружины и по значению равна силе F тяги кота: Понятно, что каждый раз измерять удлинение пружины и рассчитывать силу неудобно. Поэтому пружину закрепляют на панели со шкалой, проградуированной в единицах силы. Именно так устроены простейшие школьные лабораторные динамометры (рис. 19.10). Существуют и другие виды пружинных динамометров (см., например, рис. 19.11).

Пример №1

Действуя на пружину силой 40 Н, мальчик растянул ее на 8 см. Определите жесткость пружины. Какую силу нужно приложить мальчику, чтобы растянуть эту пружину еще на 6 см? Деформацию пружины считайте малой упругой. Анализ физической проблемы. Сила, которую прикладывает мальчик, по значению равна силе упругости, возникающей при растяжении пружины: F= уFпр (рис. 19.12). Деформация является малой упругой, поэтому воспользуемся законом Гука. Задачу будем решать в единицах СИ.

,,

,

Решение:

1. Вычислим жесткость пружины:

поэтому

2. Найдем силу, которую нужно приложить мальчику, чтобы дополнительно растянуть пружину:

По условию ,поэтому следовательно,

Анализ результатов. Для удлинения пружины на 8 см мальчик прикладывал силу 40 Н; для удлинения пружины еще на 6 см ему нужно увеличить силу на 30 Н — это правдоподобный результат.

Ответ:

Пример №2

Выполняя экпериментальное задание, девочка увеличивала нагрузку на резиновый шнур. Каждый раз она измеряла силу, действующую на шнур, и соответствующее удлинение шнура. Воспользовавшись таблицей, составленной девочкой, постройте график уFпр(x). С помощью графика определите: 1) жесткость шнура; 2) удлинение шнура, когда к нему приложена сила 5 Н; 3) силу, которую нужно приложить к шнуру, чтобы его удлинение было равно 6 см.

Анализ физической проблемы. При растяжении шнура возникает сила упругости, которая по значению равна силе, действующей на шнур: Для построения графика зависимости начертим две взаимно перпендикулярных оси. На горизонтальной оси будем откладывать удлинение x шнура, а на вертикальной — соответствующее значение силы упругости

Решение:

Построив указанные в таблице точки (см. рисунок), увидим, что все они принадлежат одной прямой, значит, для любой точки графика имеем:

1) Выбрав точку А графика, найдем жесткость шнура:

2) Удлинение шнура в результате действия силы 5 Н найдем по графику: если

3) Силу, которую нужно приложить к шнуру, чтобы его удлинение было равно 0,06 м, найдем по закону Гука:

Ответ:

Итоги:

Деформацией называют изменение формы и (или) размеров тела. Если после прекращения действия на тело внешних сил деформация полностью исчезает, то это упругая деформация; если деформация сохраняется, то это пластическая деформация.

Сила упругости — это сила, которая возникает во время деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению смещения частей этого тела при деформации.

Сила упругости — проявление действия межмолекулярных сил. При малых упругих деформациях растяжения и сжатия выполняется закон Гука: сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела и всегда пытается вернуть тело в недеформированное состояние: Приборы для измерения силы называют динамометрами. Простейшие из них — пружинные динамометры.

Рекомендую подробно изучить предметы:

Физика Атомная физика Ядерная физика Квантовая физика Молекулярная физика

Ещё лекции с примерами решения и объяснением:

• Плотность вещества в физике
• Сила трения в физике
• Вес тела в физике
• Закон всемирного тяготения
• Сила в физике
• Силы в механике
• Сила тяжести в физике
• Сила упругости в физике и закон Гука

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник