Техникалық механика пәні бойынша «Металлдар деформациясы»

тақырыбына дәріс 

Жоспар:

1.Деформация, деформацияның түрлері

2.Металлдардың созылу диаграммасы

3.Деформация механизмі

4.Поликристалл деформациясы

5.Металдың қирауы (сынуы)

Деформация дегеніміз сыртқы күш әсерінен дененің пішіні мен өлшемінің өзгеруі. Егер дененің F ауданына түсірілген Р күш перпендикуляр болып келмесе, онда денеде қалыпты кернеу s және жанама кернеу t пайда болады. Денеге әсер ететін күш шамасына байланысты деформация екіге бөлінеді:

1. серпімді;

2. пластикалық (қалдық).

Серпімді деформацияда күш әсері тоқтаған соң, металл бастапқы қалпына келеді (1а, б-сурет). Серпімді деформацияда кернеу мен деформация ара қатысы Гук заңы бойынша өзгереді:

s = Е × e    (1)

мұндағы s – кернеу;

                Е – серпімділік модулі, Е = tga;

               e – салыстырмалы деформация, .

Пластикалық деформацияда күш әсері басылған соң, металл бұрынғы қалпына келе алмай, оның пішіні мен өлшемі өзгереді (1в,г-сурет). Өйткені жанама кернеу t артқанда, оның белгілі бір мәнінен бастап, деформация қайтымды бола алмайды. Күш әсері басылғанда деформацияның серпімді бөлігі жойылып, ал қалдық деп аталатын бөлігі қалады, дененің пішіні мен өлшемін өзгертіп.

а – бастапқы металл; б – серпімді деформация; в, г – пластикалық деформация

1-сурет – Металлдеформациясы

Металлдардың созылу диаграммасы. 

Стандартты үлгіні үзу аспабында статикалық сынау арқылы, яғни баяу өсетін күшпен созып (ГОСТ 1497-84), күш – үлгі созылуы координатында үлгі үзілгенге дейінгі созылу диаграммасын автоматты түрде сызып салады (2-сурет).

Үлгіге түсірілген күш онда кернеу мен деформация тудырады. Кернеу – күштің үлгі көлденең қимасының ауданына қатынасы

, Па                                     (2)

мұндағы Р – үлгіге түсірілген күш, Н;

                Ғо – үлгінің сынаққа дейінгі көлденең қимасының ауданы, м2.

Диаграмманың р, с, s, b нүктелері пропорционалдық, серпімділік, аққыштық және беріктік шегін сипаттайды. Үлгі деформациясының Гук заңына бағынышты тура пропорционал өсетін Рпц күштің әсерінен болатын кернеу пропорционалдық шек деп аталынады

.                                     (3)

Үлгіде тек серпімді деформация орын алады, күш әсері жойылған соң, үлгі өзінің алғашқы қалпына келеді. Күш шамасын бұдан әрі ұлғайтқанда, үлгіде қалдық деформация пайда бола бастайды.

2-сурет – Аз көміртекті болаттың созылу диаграммасы

Үлгінің 0,001; 0,005; 0,02; 0,05%-ға тең қалдық ұзару алатын кернеуі серпімділік шегі делінеді

.                                         (4)

Серпімділік – металдың күш түскенде өз пішінін өзгертіп, күш тоқтағанда алғашқы қалпына келу қабілеті. Серпімділік шегі серпімді материалдардың маңызды сипаттамасы болып табылады.

Диаграмманың s нүктесінен жоғары күш артпаса да үлгі ұзарып, күш тұрақты болғанның өзінде үлгі «ағады». Үлгінің осы ұзаруына сәйкес кернеуді, оның аққыштық шегі дейді

                                                  (5)

Көптеген металл мен қорытпалардың созылу диаграммасында 3.2-суреттің s нүктесіндегідей айқын «ағу» орын ала бермейді. Сол себепті үлгінің қалдық созылуын алдын ала берілген 0,2%-ға жеткізетін кернеу аққыштық шегі болып есептелінеді

.                                       (6)

Аққыштық шегі – статикалық жүктеме жағдайдағы металл немесе қорытпаны есептеудегі негізгі көрсеткіш.

Диаграмманың b нүктесінде үлгіге ең үлкен күш түскенде, оның жіңішкерген жерінде қылта мойын пайда болады. Үлгі үзілер алдындағы ең үлкен күшке сәйкес кернеуді металдың беріктік шегі дейді

.                                             (7)

Материалдың беріктік шегін уақытша қарсыласу шегі деп те атайды.

Беріктік – металдың кернеу мен деформация тудыратын сыртқы күшке қирамай қарсылық көрсету қабілеті.

Үзілу кезіне сәйкес келетін кернеу шамасы қирау шегі деп аталынады

.                                                   (8)

Металдың беріктік көрсеткіштерін анықтайтын үлгі бойынша, оның пластикалық қасиетін де анықтайды. Пластикалық – металдың пішін өзгеруін, күш әсері тоқтағаннан кейінгі сақтау қабілеті. Пластикалықтың негізгі сипаттамасы – салыстырмалы ұзару коэффициенті d мен салыстырмалы жіңішкеру коэффициенті y.

Үлгінің созылу шамасының бастапқы ұзындағына қатынасы, оның салыстырмалы ұзару коэффициенті деп аталады

                                    (9)

Мұндағы: l1 – үлгінің сынақтан кейінгі ұзындығы;

                l0 – үлгінің сынаққа дейінгі ұзындығы.

Үлгінің көлденең қимасы ауданының өзгеру шамасының бастапқы ауданына қатынасы, оның салыстырмалы жіңішкеру коэффициенті деп аталынады

,                                       (10)

Мұндағы: Ғ0 – үлгінің сынаққа дейінгі көлденең қимасының ауданы;

                 Ғ1 – үлгінің сынақтан кейінгі көлденең қимасының ауданы.

Көптеген бөлшек жұмыс кезінде қысқа мерзімді соғу күшінің әсеріне ұшырайды. Сол себепті металдың соққы тұтқырлығын анықтайды.

Соққы тұтқырлығы дегеніміз динамикалық күш әсеріне металдың қарсылық көрсету қабілеті. Соққы тұтқырлығын кертікті призмалық үлгіні маятниктік балғамен ұрып сындыру арқылы анықтайды (ГОСТ 9454-78).

Соққы тұтқырлығы КС деп үлгіні сындыруға керекті жұмыстың А үлгінің көлденең қимасы ауданына Ғ қатынасын айтады

, .                                               (11)

Үлгіде үш түрлі кертік болады: U, V, және жарықшағы бар V тәріздес. Осыған сәйкес соққы тұтқырлығы KCU, KCV және КСТ болып белгіленеді.

Деформация механизмі. 

Кристалл деформациясы ығысу арқылы жүзеге асады. Ығысу жанама кернеу t мәні межелі немесе аумалы шамадан асқанда басталады. Ығысудың екі түрі бар:

1.сырғу;

2. қосарлау.

Кристалдың бір бөлігінің екінші бөлігіне қарағанда белгілі кристаллографиялық бағыттармен ығысуы деформацияның негізгі механизмі болып есептелетін сырғуға жатады.

Деформацияның қосарлау механизмінде кристалдың бір бөлігі екінші бөлігімен симметрия түрінде орын алады.

Сырғу атом тығыздығы жоғары келетін жазықтық пен бағыттар арқылы өтеді. Сырғу жазықтығы мен бағыты сырғу жүйесін құрады. Оның саны металл торына байланысты. Мысалы, текше торлы металдың сырғу жүйе саны гексагониалық торлы металға қарағанда көбірек, сол себепті бірінші металдың екіншіге қарағанда пластикалығы жоғары.

Ығысу жазықтығында және оның маңында кристалл торы бұрмаланып, металл беріктенеді. Сондықтан келесі ығысу басқа бір параллель келген жазықтық арқылы өтеді. Сөйтіп, кристалл деформациясы көптеген параллель жазықтықта өтетін ығысудың нәтижесі.

Ығысу үрдісінде сырғу жазықтығындағы барлық атом бір мезгілде қозғалып жылжымайды. Дислокациялық теория бойынша сырғу үрдісі кристалдың дислокация орналасқан жерінен басталады. Жанама кернеу t әсерінен дислокация бір атом аралық қашықтыққа жылжып, сол қашықтықтағы атомдардың орнына орналасады. Ал жазықтықтың бұрынғы атомдары жылжып, «артық» жарты жазықтыққа айналып, солай әрі қарай сырғу үрдісі жалғаса береді (3-сурет).

Жаңадан дислокация құрылып, олардың тығыздығы 105-нен 1011-1012   см-2-не дейін артады. Жаңа дислокацияның құрылу механизмінің ең маңыздысы Франк-Рид бастауы.