Calculul teoretic al rezistenței cristalului a fost efectuat mai întâi de către J. Frenkel. Baza a fost un model simplu de două rânduri de atomi, care se schimbă relativ unul sub altul sub acțiunea tensiunii tangențiale m (Figura 5.1). Se presupune că atomii din rândul superior se mișcă relativ la cel inferior ca unul simultan. Un astfel de mecanism este numit de obicei o schemă de forfecare.
x = ksm (2nx / b). (5.1)
Pentru deplasări mici, x = klnx / b. Folosind Legea lui Hooke, magnitudinea stresului de forfecare poate fi reprezentată într-o altă formă: m = Gx / a, unde G este modulul de forfecare; x / a este deformarea forfecării.
Dacă echivalăm expresiile de mai sus pentru x, atunci; x = Gb / lmi; Înlocuind această valoare a lui x în (5.1), obținem:
x = ksin (2nx / b)
Pentru deplasări mici, x = klnx / b. Folosind Legea lui Hooke, magnitudinea stresului de forfecare poate fi reprezentată într-o altă formă: m = Gx / a, unde G este modulul de forfecare; x / a este deformarea forfecării. Calculele suplimentare nu vor fi date.
Dacă presupunem că a = b, atunci tensiunea critică teoretică de forfecare este aproximativ egală cu G / 2n. De exemplu, pentru cristalele de cupru G = 46 LLC MPa, prin urmare, valoarea teoretică este m = 7320 MPa. În același timp, pentru cristalele de cupru reale, rezistența la forfecare observată este de numai 1,0 MPa. Astfel, valoarea teoretică a puterii este de câteva ordini de mărime mai mare decât valoarea reală.
Rafinarea calculul de mai sus, prin utilizarea mai aproape de realitate legea periodică schimbă în funcție de t x conduce la exprimarea TCR = G / 30 (calculul McKenzie), care depășește, de asemenea, cu mai multe ordine de rezistență la forfecare reală.
Argumentele analoage pot fi făcute în cazul în care, ca urmare a acțiunii forțelor normale, legăturile interatomice pentru două rânduri de atomi sunt rupte simultan și se creează o fisură. Munca petrecută pentru distrugere este cheltuită pentru crearea a două noi suprafețe, care au o suprafață de energie de an. Puterea teoretică a unui cristal ideal, determinată de condiția egalității muncii de detașare a două rânduri de atomi și de energia de suprafață formată în această fisură.
Rezistența reală a materialelor este de câteva ordini de mărime mai mică decât puterea teoretică. Explicarea diferențelor putere materialului teoretic și real permite teoria defectelor structurii cristalului permis să dezvăluie esența fenomenelor care apar în timpul deformării plastice și setați natura fizică a ductilitatea și rezistența metalelor și aliajelor acestora.
Tensiuni reziduale. ecruisare.
Ștanțarea este o prelucrare mecanică la rece a suprafeței, care constă în aruncarea pe o bucată de pelete de metal de un anumit tip și duritatea de a introduce presiuni reziduale pe suprafață prin stoarcere. Consolidarea suprafeței metalelor și a aliajelor datorită unei modificări a structurii și a compoziției fazei în timpul deformării plastice, la o temperatură sub temperatura de recristalizare. Legarea este însoțită de apariția defectelor din zăbrelele cristalului de pe suprafața eșantionului, creșterea rezistenței și a durității și scăderea ductilității, durității și rezistenței metalelor la deformarea semnului opus (efectul Bauschinger).
Ștampilarea astăzi este o operațiune bine cunoscută care și-a dovedit necesitatea în multe domenii de aplicare, ale căror principii sunt:
- Îmbunătățirea performanței părților supuse efectelor mecanice globale (oboseală) sau locale (uzură) asociate cu un mediu chimic agresiv (coroziune la solicitare)
- Formarea detaliilor cu pereți subțiri (întărirea muncii)
- Părți supuse stresului de încovoiere ciclică sau răsucire: arc de suspensie (bobina, frunze), pârghii, pistoane, palete, arbori, pinioane, bare de torsiune, dibluri, zale, etc.
- Viteza de alimentare a fracțiunii pe partea 20-120 m / s
· Tensiuni reziduale. clasificare
În procesul de producție a pieselor, se produc tensiuni reziduale tehnologice. Aspectul lor este legat de condițiile de fabricație a pieselor.
Tipuri de solicitări reziduale
Stresurile reziduale sunt de obicei clasificate în funcție de semnele lungimii câmpului de forță și a esenței fizice. Clasificarea în funcție de lungimea câmpului de forță este în general acceptată.
Stresurile de primul tip - macrostress. Acestea acoperă zone proporționale cu dimensiunile părții și au o orientare asociată formei piesei.
Stresurile celui de-al doilea tip sunt microstresele care se propagă pe granule individuale de metal sau într-un grup de cereale.
Stresurile celui de-al treilea tip sunt submicroscopice, legate de distorsiuni ale latticei atomice a cristalului.
Stresurile reziduale ale celui de-al treilea tip în materialul piesei apar ca urmare a diverșilor factori tehnologici în timpul fabricării. Valoarea lor este determinată de densitatea dislocărilor, iar semnul depinde de localizarea dislocărilor omogene în raport cu suprafața piesei. Rezistențele reziduale compresive apar atunci când mulțimea de dislocări pozitive pe planurile de alunecare paralelă predomină la suprafață, iar în cazul unei dislocări, la suprafața dislocărilor negative se formează tensiuni reziduale de întindere.
Conform ideii de fizică a stării solide, tensiunile într-un metal sau aliaj sunt considerate ca o consecință a distorsionării rețelei cristaline. Un model fizic al mecanismului de formare a eforturilor reziduale tehnologice în ceea ce privește părțile ale căror strat de suprafață este deformat în timpul prelucrării este în acest caz un model atomic sau dislocator.
Factorii tehnologici (metode și moduri de tratare a suprafeței, starea sculei, sistemele și gradul de răcire etc.) au un efect determinant asupra magnitudinii și semnalului tensiunilor reziduale. Prelucrarea (rotirea) suprafeței piesei de prelucrat produce de obicei apariția solicitărilor de întindere de până la 70 MPa. Adâncimea distribuției lor se situează între 50 și 200 microni și depinde de condițiile de formare a suprafeței. La frezare, se produc atât presiuni la întindere, cât și compresiune. Atunci când se mănâncă, se produc adesea tensiuni de tracțiune.
Microstrele sunt tensiuni reziduale locale ale celui de-al doilea tip. Acestea apar în metalele policristaline în timpul deformării volumelor mari, ca urmare a interacțiunii boabelor. La tensiunile reziduale ale celui de-al doilea tip include de asemenea stresul în interiorul unei cereale individuale, cauzat de structura mozaică a structurii sale - rezultatul interacțiunii dintre blocurile individuale. Aceste tensiuni sunt o consecință a eterogenității proprietăților fizice ale diferitelor componente ale policristalului, precum și a condițiilor constrângate de deformare a unei grăunțe individuale și anizotropia proprietăților din interiorul acestuia. Principalele cauze ale apariției acestora sunt transformările de fază, modificările de temperatură, anizotropia proprietăților mecanice ale granulelor individuale, granițele granulelor și defalcarea boabelor în fragmente și blocuri în timpul deformării plastice.
Transformările de fază (în procesul de cristalizare și răcire, tratarea termică și descompunerea unei soluții solide), cuplate cu o creștere sau scădere a volumului de boabe individuale, generează tensiuni reziduale semnificative.
Microstresses când schimbările de temperatură pot apărea datorită prezenței în metal a diferitelor componente cu coeficienți diferiți de dilatare liniară, și datorită anizotropiei boabelor individuale, în special pentru metale cu un grilaj non-cubi, determinarea diferenței de magnitudinea de expansiune liniară în diferite axe cristalografice.
metalice policristalin Real în locul destinat pentru calcularea acțiunii uniforme de distribuție a sarcinii de stres extern este considerabil stres inegal (tulpina) în boabe individuale. deformare plastică inegala este cauzată de diferența de elasticitate a diferitelor module ale componentelor structurale, precum și inegală capacitatea de a se deforma de-a lungul diferitelor axe cristalografice ale aceluiași cereale, care este determinată de elastic modulul E și G. Într-un policristalină, chiar dacă un câmp de solicitare uniform, deformare plastică este distribuit în microvolumes inegal, gradul de neuniformitate atinge în același timp 400,500%. Acumularea unui număr mare de dislocații în straturile limită cauzează multe distorsiuni ale rețelei cristaline, care creează o tensiune de al treilea tip. Odata cu aceasta, un strat limită - zona forței de interacțiune între granulele individuale - crearea câmpului microstrain, care să acopere întreaga suprafață a bobului.
Separarea volumului de cereale în blocuri creează microstruin în boabe. Motivul apariției lor este granițele nou formate între blocuri. În stratul de graniță dintre blocuri, se acumulează dislocări și atomi de impurități, care distorsionează grâul de cristal și generează tensiuni.
Diferența dintre micro- și macro-stres nu este doar în magnitudinea manifestării lor. Tensiunile macro pot apărea în orice mediu izotropic omogen. Microvolvarea în astfel de materiale nu poate exista, ele pot apărea din cauza heterogenității substanțiale a materialului cristalin și a proprietăților sale anizotropice.
Apariția distorsiunilor rețelei cristaline este asociată cu devierea atomilor din poziția de echilibru, cauza care sunt în principal dislocări și atomi încorporați. Distribuția distorsiunilor cauzate de prezența atomilor dizolvați în rețea și diferitele imperfecțiuni din structură la temperaturi scăzute rămâne constantă.