Corpurile cristaline cu CTE înalt au, de regulă, un modul de elasticitate scăzut. Cu o temperatură în creștere, distanța dintre atomi crește, de asemenea, datorită dilatării termice, iar componenta elastică a deformării scade oarecum, reducând stresul și, ca urmare, modulul de elasticitate. La temperaturi ridicate, componenta elastică scade semnificativ. În final, devine atât de mică încât corpul își pierde proprietățile elastice, adică trece de la o stare de echilibru instabil la o stare de echilibru în care magnitudinea tensiunii și puterea interacțiunii interatomice depinde doar de temperatură.
În știința materialelor, o astfel de stare, numită piroplastică, este o condiție prealabilă pentru turnare (forjare, tirokat, presare la cald, turnare termoplastică etc.) de diverse materiale și produse.
Plasticitate (din r1astcos grecești -. Ductilă) - proprietățile solidelor și materialelor se deformeze (schimba forma si dimensiunea lor), fără a perturba continuitatea structurii sub influența forțelor externe, și de a salva o parte din deformarea după încetarea acestor forțe. Astfel de deformări stocate (ireversibile sau reziduale) sunt deseori denumite deformări plastice.
Toate solidele reale, chiar și cu mici deformări, au mai mult sau mai puțin proprietăți plastice, i. E. împreună cu deformările elastice, au loc și cele de plastic. Relația dintre cele două tipuri opuse de deformare pentru diferite materiale nu este aceeași. În ceramică, acest raport este în favoarea deformării elastice, în polimeri - în favoarea deformării plastice. Conform acestui indice, o serie condiționată de materiale cu o creștere a proporției de deformare plastică poate fi reprezentată după cum urmează:
ceramică → metal → conexiuni moleculare înalte.
Acest raport depinde de mulți factori, inclusiv de structura solidului. De exemplu, în materia primă din argilă turnată, ponderea deformării elastice este mică în comparație cu deformarea plastică. Uscată proba argilă fracție plastic deformare a scăzut semnificativ, iar ceramica sinterizate, această proporție este neglijabilă. Acest lucru este explicat după cum urmează: sub influența efectele temperaturii structurii argilei prime a suferit schimbări dramatice: sistem coloidal puternic dispersat a evoluat într-o structură de sticlă ceramic poros cu modul de elasticitate mare.
Rețineți că, sub încărcare, orice corp solid poate fi considerat elastic, adică care nu prezintă nici o deformare plastică apreciabilă, până când încărcătura depășește o anumită limită, după care o parte din deformare devine ireversibilă. Stresul de moment al momentului este denumit puterea de curgere # T3. După această limită, natura liniară a relației de stres-tulpină este ruptă, mai târziu se poate recupera, dar într-un raport diferit # 963; / # 949; În cazul deformării plastice însoțite de o distrugere a coerenței structurale, se produce o distrugere caracterizată printr-o scădere bruscă a tensiunii. Starea limită dintre deformarea plastică și distrugerea este numită stresul de limitare al structurii # Np, care este numeric egal cu rezistența la tracțiune Rpr a unui solid.
Rezultă din grafic (figura 5.6) că atunci când sarcina este mărită la punctul de randament Nu apar doar deformări elastice, iar tensiunea crește cu viteză mare. după atingerea Se manifestă doar deformările plastice, deși ambele cazuri apar și ele. În această perioadă, tensiunea crește încet și numai datorită prezenței deformațiilor elastice, până la întreruperea continuității structurii, Rpr.
Astfel, devine evident că apariția deformațiilor plastice indică începutul procesului de distrugere a structurii unui corp solid. Acest fapt trebuie luat în considerare atunci când se calculează sau se selectează modele pentru diverse scopuri funcționale, se dezvoltă metode de pregătire a maselor, turnare și altă redistribuire tehnologică.
Figura 5.6. Curbele de stres-deformare:
______ deformare elastică;
Fig. 5.7. Dependența deformărilor elastice și plastice la timpul de încărcare
În Fig. Figura 5.7 prezintă dependența de timp a tensiunii la tensiune constantă și temperatură.
La momentul încărcării, care are loc la viteza sunetului, apare doar o deformare elastică 4 (segmentul OA) într-un mediu continuu solid. Cu timpul, deformarea ireversibilă se dezvoltă în solid. Dezvoltarea cumulativă a deformărilor reversibile și ireversibile în timp este caracterizată de un segment AB. La momentul respectiv # I. B, deformarea reversibilă atinge o valoare de echilibru la o tensiune de funcționare și nu crește nici mai mult. Dacă deformarea observată se datorează doar componentei de deformare reversibilă (elastică), atunci în viitor nu s-ar schimba în timp și segmentul BC ar fi localizat paralel cu axa temporală. De fapt, deformarea este în continuă creștere, dar deja datorită componentei ireversibile, iar segmentul BC caracterizează schimbarea sa în timp.
Dacă secțiunea avionului este simplă, atunci, extrapolând-o în momentul zero al timpului, obținem o expresie grafică a legii deformării plastice sub forma unei linii drepte BC. Deformarea plastică (segmentul DE), acumulată în timp # 2 rămân după ce se încarcă încărcătura, când componenta elastică dispare cu timpul rs (curba SD).
Rezumând ceea ce sa spus, să notăm următoarele:
- în momentul încărcării (instantaneu) are loc doar o deformare elastică (OA);
- în perioada în care valoarea de echilibru (AB) atinge o deformare elastică, atât deformarea elastică cât și cea plastică au loc,
- în perioada de creștere a deformării plastice, componenta elastică rămâne neschimbată (BC);
- după îndepărtarea încărcăturii, deformarea elastică (SD) dispare;
- (DE) - deformare plastică.
Separarea deformațiilor elastice și a plasticului, îmbunătățirea proprietăților materialelor plastice sunt destul de complicate, dar uneori sunt necesare operațiuni atunci când se creează noi tehnologii pentru prelucrarea, prelucrarea, modelarea diferitelor materiale și obținerea de materiale cu proprietăți specificate.
Cauzele și mecanismul de formare a deformațiilor plastice
Ne amintim că atunci când o forță exterioară este aplicată unui corp solid, a cărui valoare depășește punctul de randament a, deformarea plastică apare ca urmare a alunecării planelor rețelei atomice datorită efortului de forfecare. Tensiunea necesară pentru deplasarea unui număr de atomi de-a lungul unui anumit plan, așa cum se arată în Fig. 5.8, se poate determina prin formula:
unde G este modulul de forfecare;
b - distanța dintre atomi în direcția alunecării;
h este distanța dintre planurile de alunecare.
Fig. 5.8. Devieri în aranjamentul atomilor sub influența stresului la forfecare
Trebuie remarcat faptul că în timpul alunecării planurilor, fiecare atom nu se mișcă de-a lungul unei linii drepte de atomi învecinați, unde este necesar să depășească o barieră energetică ridicată și zig-zag prin locuri cu bariere energetice reduse și, prin urmare, valoarea T trebuie să fie un ordin de mărime mai mic. De exemplu, pentru Al2O3, valoarea teoretică T = 1,7 x 10 5 MPa, iar cea reală este de 17 ori mai mică. Faptul că valorile experimentale sunt mult mai mici decât valorile teoretice pot fi atribuite aproape tuturor celorlalte materiale solide, precum și metalelor.
Abilitatea diferitelor materiale la deformarea plastică și mecanismul formării sale pot fi explicate cu ajutorul conceptului de "dislocare". Dacă se aplică o forță pe cristal care provoacă o forță de forfecare, atunci părțile superioare și inferioare ale ei se aliniază în direcții opuse. Ca urmare, apar dislocări, adică linii de-a lungul și în apropierea cărora este încălcat dispunerea corectă a planurilor atomice caracteristice cristalului.
Deoarece dislocarea în cristal are propriul domeniu de tensiuni generate de acțiunea forțelor externe, ea experimentează o forță, sub acțiunea care este pus în mișcare, rezultând într-un „derapaj“ reciprocă a planurilor atomice sau deformare plastică.
De fiecare dată când o dislocare se mișcă în planul alunecării, noi legături nu apar între toți atomii din planul alunecos, ci numai între atomii care se află la linia de dislocare. De aceea, deformarea forfecării din plastic are loc la tensiuni externe relativ scăzute, care sunt mult mai mici decât cele teoretice, adică fără dislocări.
Planul de alunecare este format în cristal numai în regiunile cu o legătură slabă între atomi. Alunecarea are loc în direcția celei mai joase barieri energetice, care trebuie depășită. Mecanismul de alunecare, bazat pe mișcarea de dislocări, poate fi identificat prin deplasarea de-a lungul podelei covorului cu o îndoire pre-creată. În Fig. 5.9. este dat un exemplu de sisteme de alunecare într-un cristal de sare.
Fig. 5.9. Sisteme de alunecare în cristale de tip NaCl
Dacă aplicăm o forță externă asupra cristalului într-o anumită direcție, numai acele componente ale forței exterioare care corespund sistemelor de alunecare vor afecta efectiv glisarea în cristal. Continuând de aici, putem concluziona că cu cât este mai mare probabilitatea realizării unui sistem de alunecare, cu atât mai mare este deformarea plastică a cristalului. Este evident că în metale o astfel de probabilitate este mult mai mare decât în materiale din piatră naturală și ceramică.
Mobilitatea dislocațiilor care asigură proprietățile de plastic ale cristalului, este limitată nu numai tăria legăturilor interatomice, ci și prin împrăștierea fononilor și a electronilor de conducție în regiunea de cristal uprugoiskazhennoy. Mai mult, mișcarea dislocare interfera, de asemenea, interacțiunea elastică cu alte dislocații și atomii de impuritate la limitele grăunților în policristalin și așa mai departe. Pentru a depăși obstacolele marcate parte necheltuit forțelor externe. Din aceasta rezultă că cristalul reală (cu luxații) „mai moale“ sau mai mult din plastic fără defecte, dar în cazul în care densitatea de dislocare este mai mare decât valoarea critică, este mai durabil și „greu“.
Dislocările, ca și alte defecte de cristal, afectează nu numai proprietățile lor, cum ar fi plasticitatea și rezistența, ci și alte proprietăți fizice ale cristalelor. De exemplu, cu creșterea densității de dislocare, crește frecarea internă, modifică proprietățile optice și crește rezistența electrică (metalele). Dislocările cresc rata de difuzie în cristale, accelerează procesul de îmbătrânire, măresc activitatea chimică și reduc rezistența structurilor cristaline în diverse medii.
Astfel, plasticitatea împreună cu elasticitatea este cea mai importantă caracteristică a solidelor. Deformările plastice care apar în organism sub acțiunea forțelor externe ne permit să judecăm trăsăturile caracteristice ale structurii unui material în două aspecte principale:
1. Apariția deformărilor plastice - dovada începutului distrugerii structurii materialului. Acest lucru vă permite să:
- determină rezistența, deformabilitatea și stabilitatea structurii;
- reducerea consumului de materiale al produselor și structurilor;
- asigură funcționarea, fiabilitatea și siguranța lor;
- Creșteți rezistența corpurilor la șocuri, reduceți concentrația de stres în material.
2. Prezența deformațiilor plastice semnificative este un moment pozitiv pentru asigurarea calității turnării și prelucrării solidelor prin presiune (laminare, ștanțare, forjare, etc.).
Dacă, sub încărcarea solidelor, apar tulpini elastice, iar limitele randamentului și rezistenței au valori similare, atunci aceste corpuri se numesc fragile. (Organisme cu fragmente ideale # 963; T = Rpr).
Corpurile fragile sunt distruse aproape instantaneu, cu o deformare greu de remarcat.
De aici rezultă că fragilitatea - proprietatea unui material care urmează a fi distrus cu o deformare ușoară, în cea mai mare parte elastică, la solicitări, nivelul mediu al căruia este puțin sub punctul de randament.
Elasticitatea (din elastice grecești - flexibilă, vâscoasă) - capacitatea unui material sau a unui articol de a se confrunta cu deformări elastice (reversibile) semnificative fără distrugere, cu forțe relativ mici. Această abilitate este posedată de cauciucuri (naturale și sintetice), cauciuc, alți polimeri, în principal liniari. Datorită acestei abilități se numește de obicei elastomeri.
Spre deosebire de elasticitatea materialelor cristaline și a ochelarilor, ale căror deformări reversibile formează fracțiuni de procent sau de câteva procente, deformările elastice ale elastomerilor ating 100% sau mai mult. Acest lucru se datorează stării speciale a polimerului, care se numește foarte elastic.
Starea foarte elastică este stabilă la un interval de temperatură definit pentru fiecare polimer, sub care polimerul este în stare sticlosă și mai sus în starea fluidă vâscoasă.
Forța în sens larg al cuvântului este înțeleasă ca abilitatea materialelor de a rezista distrugerii care are loc ca urmare a acțiunii forțelor externe. În plus, cauza distrugerii materiale poate fi factori cum ar fi procesele de căldură și transferul de masă, efectul câmpurilor electrice și magnetice și multe alte procese fizice și fizico-chimice și fenomene.
Criteriile de durabilitate în funcție de o clasă de materiale, a stării de stres (tensiune, compresiune, forfecare, etc.) și condițiile de funcționare (temperatura, timpul de încărcare și așa mai departe.) Poate fi o rezistență temporară, limita de curgere, rezistența la oboseală, și alte tipuri de rezistență.
Rezistența materialelor de construcție este cel mai adesea estimată de rezistența temporară sau de rezistența maximă "R" determinată pentru acest tip de deformare. pentru materiale fragile (materiale din piatră naturală și artificială), caracteristicile principale de rezistență sunt rezistența la compresiune și rezistență la încovoiere, cât și pentru elastic (polimer) - rezistența la tracțiune, sunt determinate prin formulele:
unde Rc. Rr Ru - respectiv limitele de rezistență pentru comprimare, întindere și îndoire, MPa;
Fcj și respectiv Fp, forța de rupere la comprimare și tensiune, H;
A este aria secțiunii transversale a probei de testare, m 2;
M este cel mai mare moment de îndoire, N • m;
W este momentul de rezistență al secțiunii transversale a probei, m 3.