Пластическая деформация
После снятия с упругого тела нагрузки оно полностью восстанавливает свои размеры и форму, то есть возвращается в исходное состояние.
Пластичность противоположна упругости. При пластической деформации тело получает деформацию, которая зависит не только от конечной величины приложенной силы, но и от порядка ее приложения. При пластической деформации тело, после удаления деформирующей силы не возвращается в первоначальное состояние. Деформации, вызванные внешними силами, сохраняются полностью или частично.
Свойства упругости и пластичности являются относительными. Так, если стальную пружину сжать с небольшой силой, то после снятия силы, она восстановится полностью, если же к ней приложить большое усилие, то деформация может полностью не восстановиться. Получается, что деформации являются упругими до некоторого предела, при переходе через который становятся пластическими. Следует отметить, что в то же время любое пластическое тело может восстанавливать часть своей деформации. Это означает, что совместно с пластичностью обладает свойством упругости.
Теория пластичности была создана существенно позднее, чем теория упругости. Она изучает поведение тел в области пластических деформаций.
Пластическая деформация металлов
В том случае, если напряжения, действующие на металл невелики, то после снятия нагрузки металлические тела восстанавливают полностью свои размеры и форму. Если говорить точно, то часто даже небольшие нагрузки могут вызвать в металлах небольшую пластическую деформацию. При дальнейшем увеличении деформирующей силы пластическая деформация увеличивается вплоть до разрушения металла.
Эмпирические наблюдения показали, что пластическая деформация в металлах происходит, как скольжения и двойникование. Допустим, что в исходном состоянии мы имели дело с кубическим кристаллом. При деформации кристалла путем скольжения после того, как нагрузка приложена, под действием сдвигающих напряжений кристалл деформируется упруго, при этом ячейки решетки приобретают форму ромбов, расстояния между горизонтальными плоскостями уменьшается. Если нагрузка растет, то сдвигающие напряжения увеличиваются. После того, как происходит смещение верхней части кристалла по отношению к нижней, на расстояние равное расстоянию между атомами, касательное напряжение называют критическим напряжением сдвига. Если после того, как сняли нагрузку, ячейки не примут первоначальную форму, то произошла пластическая деформация.
Если смещение верхней части кристалла достигло одного расстояния между атомами, то происходит разрыв и мгновенное восстановление связей между атомами, которые разделены плоскостью скольжения. Пластическая деформация путем двойникования происходит как скольжение, которое включает одновременно несколько плоскостей, которые смещаются относительно друг друга по определенным закономерностям. Эти закономерности заключены в том, что любая атомная плоскость, которая является параллельной плоскости двойникования, будет смещена по отношению к соседней, на половину расстояния между атомами в направлении двойникования. Тип решетки кристалла определяет плоскости и направления скольжения и двойникования. Направление скольжения всегда идет по направлению в решетке кристалла с максимальной плотностью атомов.
Длительность действия нагрузки может влиять на процесс пластической деформации металла. При длительном воздействии нагрузки (около тысячи часов) пластическая деформация может быть обнаружена при малых напряжениях. Роль времени в деформации увеличивается при высоких температурах, вследствие высокой диффузионной подвижности атомов.
Примеры решения задач
| Задание | Объясните, что такое диаграмма пластичности. |
| Решение | Рассмотрим диаграмму пластичности для стержня из малоуглеродистой стали. Пусть стержень подвергают растяжению. На диаграмме отражена зависимость относительного удлинения ( ) от напряжения  (рис.1).
От точки O до точки А связь между |
определена законом Гука. От точки В до точки С на графике представлена горизонтальная площадка. Этот отрезок отображает, так называемую текучесть вещества. От B до С деформация растет без увеличении нагрузки. От точки С до точки М кривая снова идет вверх. Некоторая часть кривой правее точки С называется областью упрочнения. Однозначная зависимость 
устанавливается при помощи диаграммы пластичности, только если нагрузка на образец непрерывно увеличивается. Исключение в однозначности составляет участок кривой ВС. | Задание | Как отображается на диаграмме пластичности процесс устранения деформирующего воздействия (см. Пример 1)? |
| Решение | Допустим, что растягивая стержень, мы дошли до точки М и стали уменьшать нагрузку постепенно (рис.2). Процесс уменьшения нагрузки отражает прямая MP. Эта прямая параллельна участку диаграммы ОА. Это можно объяснить тем, что полная деформация, которая изображена абсциссой точки М на рис.2 может быть составлена из двух частей. Это пластическая деформация и упругая деформация. После того, как нагрузка убрана, упругая деформация, описываемая при помощи закона Гука, исчезает, а пластическая остается. На рис.2 пластическую деформацию отображает отрезок ОР. При этом отрезок PN представил упругую деформацию.
|
