» » Пластичность и разрушение
21.12.2014

Пластичность - способность металлического тела остаточно изменять свою форму под воздействием внешних сил без разрушения.
Чем выше степень деформации до появления первых признаков разрушения тела, тем выше его пластичность.
Кинетика процесса деформации и разрушения

Процесс деформации металлов состоит из трех стадий:
- упругая деформация;
- пластическая деформация;
- разрушение (потеря сплошности).
Разрушение тела происходит путем разрыва межатомных связей в результате достижения нормальными напряжениями критического значения
Некоторые авторы утверждают, что причиной разрушения могут быть и касательные напряжения. И тогда разрушение может происходить путем среза. Однако рассмотрение процесса разрушения на микроскопическом уровне свидетельствует о нарушении сплошности металла в результате отрыва. О разрушении под действием касательных напряжений не может быть и речи, так как они в случае отсутствия нормальных растягивающих напряжений являются лишь причиной деформации.
Необходимым условием нарушения сплошности в момент зарождения трещины является наличие растягивающих напряжений.
Какова кинетика (протекание) процесса разрушения?
При пластической деформации, проистекающей путем скольжения, происходят разрыв существующих межатомных связей и образование новых связей, не менее устойчивых, чем предыдущие. Если новые связи не образуются, происходит разрушение.
Современное состояние теории позволяет лишь схематически представить развитие и протекание процесса разрушения.
> Очевидно, разрушение тела начинается с микроскопических стадий - нарушения небольшого числа атомных связей (дислокаций).
> В отдельных точках нагруженного тела возникает нарушение связей, вызывающее субмикронарушения (скопление дислокаций).
> Одна часть субмикронарушений исчезает, другая - сохраняется устойчиво. Они развиваются и могут превратиться в микронарушения (больше длины световой волны).
> Микронарушения вызывают концентрацию напряжений в местах их появления и при определенных условиях (схема напряженного состояния, концентрация и др.) микронарушения могут перерасти в макронарушения,
> Развитие макронарушений (рост и объединение) связано с разрушением деформируемого тела Таким образом, в металле с развитой дислокационной структурой микротрещины зарождаются на самых ранних стадиях пластической деформации.
Пластичность и разрушение

Металл, который подвергается пластической деформации, всегда имеет колоссальное количество микротрещин, которые не всегда приводят к разрушению (лопатки турбин).
Задачей производителей проката и его потребителей является предотвращение развития микротрещин.
Механизмы образования микротрещин дислокационного происхождения:
- скопление дислокаций у сильного препятствия: число дислокаций растет и они сливаются в одну трещину (объединение дислокаций). Количество дислокаций в деформированном металле в 10в-3-10в-4 раз больше, чем в отожженном;
- скопление дислокаций у «сидячей» дислокации (по Коттреллу);
- возникновение трещины в субмикроскопическом объеме. Скопление дислокаций, где их энергия (напряжение) достигает предельной величины;
- возникновение трещины в результате скольжения дислокаций по границам зерен.
Во всех случаях разрушение тела происходит не вследствие появления отдельных микротрещин, а в виду их достаточно большой концентрации, приводящей к объединению (микротрещин) и образованию маккротрещин.
Разрушение идет в две стадии:
- возникновение и рост пор до трещин критического размера;
- быстрый рост трещин, приводящий к разрушению.
При достижении трещиной критического размера можно наблюдать разрушение двух видов:
- вязкое - распространение трещины вызывает пластическую деформацию в ее вершине;
- хрупкое - трещина распространяется, не вызывая пластической деформации.
Условия распространения могут быть различны (в металле трещина распространяется со скоростью звука в металле).
В монокристаллах при наличии растягивающих напряжений всегда есть условия для распространения трещин.
В поликристаллах препятствиями для распространения трещин являются (условия залечивания):
- границы зерен. Здесь трещина притупляется в результате протекания процесса пластической деформации в вершине;
- горячая деформация, которая способствует залечиванию дефектов. Трещина, возникающая путем слияния дислокаций, может расползтись путем диффузии. Рекристаллизованные зерна препятствуют распространению трещин, так как снимают излишние напряжения в районе трещин (снижение прочности металла при нагреве способствует прохождению пластической деформации в вершине трещины, то есть ее затуплению).
Поэтому кинетическая теория трещин должна учитывать не только процесс зарождения трещин, но и их залечивание.
Следовательно, пластическое состояние металлического тела определяется соотношением скоростей образования зачатков субмикронарушений и их восстановления (залечивания). В конечном итоге соотношение скоростей развития процесса нарушения сплошности и его залечивания определяет граничные условия пластического состояния тела.
Граничными условиями пластического состояния тела являются хрупкость (процессы разупрочнения полностью подавлены) и сверхпластичность.
Пластичность и разрушение

Интенсификация процессов залечивания увеличивает время «жизни» деформируемого металла до момента разрушения. С момента достижения равновесия между процессами упрочнения и разупрочнения (залечивания) и дальнейшем сдвиге в сторону превалирования процессов разупрочнения материал переходит в состояние сверхпластичности, в котором он может деформироваться сколько угодно без видимых признаков разрушения.
Между этими полярными состояниями (хрупкостью и сверх-пластичностью) находится область обычной пластичности, при которой имеет место превалирование процессов упрочнения над разупрочнением (залечиванием)
Пластичность и разрушение