Plasticitate (fizică)

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 16 aprilie 2021; verificările necesită 9 modificări .

Plasticitate - capacitatea unui material de a primi deformații reziduale mari fără distrugere . Proprietatea plasticității este de o importanță decisivă pentru astfel de operații tehnologice precum ștanțare , tragere , tragere , îndoire etc. Măsura plasticității este alungirea relativă și contracția relativă , determinate în timpul încercărilor de tracțiune. Cu cât valoarea este mai mare , cu atât materialul este considerat a fi mai plastic. În funcție de nivelul de îngustare relativă , se poate trage o concluzie despre fabricabilitatea materialului. Printre materialele foarte ductile se numără cuprul recoapt , aluminiul , alama , aurul , oțelul moale etc.Duraluminiul și bronzul sunt mai puțin ductile . Materialele slab ductile includ multe oțeluri aliate . $\delta$ $\psi$ $\delta$ $\psi$

Pentru materialele plastice, caracteristicile de rezistență la tracțiune și compresiune sunt comparate în funcție de limita de curgere . Este în general acceptat că t.r ≈ t.s. $\sigma$ $\sigma$

Împărțirea materialelor în ductile și fragile este condiționată, nu numai pentru că nu există o tranziție bruscă a valorilor și între cele două . În funcție de condițiile de testare, multe materiale fragile se pot comporta ca materialele ductile, iar materialele ductile se pot comporta ca cele fragile. $\delta$ $\psi$

Viteza de tensiune și temperatura au o influență foarte mare asupra manifestării proprietăților de plasticitate și fragilitate . La tensiune rapidă, proprietatea fragilității este mai pronunțată, iar la tensiune lentă, proprietatea plasticității este mai pronunțată. De exemplu, sticla fragilă este capabilă să primească deformări permanente la expunerea prelungită la o sarcină la temperatură normală. Materialele ductile, cum ar fi oțelul moale, prezintă proprietăți fragile atunci când sunt supuse unei sarcini puternice de șoc .

Mecanisme fizice

În metale

Plasticitatea unui cristal de metal pur se datorează în primul rând două moduri de deformare a rețelei cristaline: alunecarea și twinning m. Alunecarea este deformarea prin forfecare , care mișcă atomii față de poziția lor inițială la distanțe semnificativ mai mari decât distanțe interatomice. Înfrățirea este o deformare plastică care are loc de-a lungul unui plan, care are ca rezultat o rotație a unei părți a cristalului.

Majoritatea metalelor sunt mai ductile la cald decât la rece. Plumbul prezintă o ductilitate suficientă la temperatura camerei, în timp ce fonta nu prezintă o ductilitate suficientă pentru orice operație de forjare, chiar și atunci când este fierbinte. Această proprietate este importantă în operațiunile de formare și extrudare a metalelor . Majoritatea metalelor devin ductile atunci când sunt încălzite și, prin urmare, fierbinți.

Sisteme culisante

Materialele cristaline conțin planuri atomice uniforme cu ordin de rază lungă. Avioanele pot aluneca unul față de celălalt în direcții strânse . Ca urmare, există o schimbare constantă a formei cristalului și deformarea plastică. Prezența luxațiilor crește probabilitatea apariției unor astfel de planuri.

Plasticitate reversibilă

La scară nanometrică, deformarea plastică primară în metale cubice simple centrate pe fețe este reversibilă dacă nu există transfer de material sub formă de alunecare încrucișată [1] .

Microplasticitatea este un fenomen local în metalele neomogene. Apare sub solicitări mecanice, când metalul în ansamblu se află în regiunea elastică , dar unele regiuni locale sunt în regiunea plastică [2] .

Materiale amorfe

Cracare

În materialele amorfe , în absența ordinii pe distanță lungă, conceptul de „dislocații” nu este aplicabil, deoarece întregul material este lipsit de ordine pe distanță lungă. Aceste materiale pot suferi în continuare deformare plastică. Deoarece materialele amorfe, cum ar fi polimerii, sunt dezordonate, acestea conțin o cantitate mare de volum liber. Tragerea acestor materiale sub tensiune deschide aceste zone și poate face ca materialul să devină încețoșat. Această ceață este rezultatul formării multor fisuri , atunci când se formează fibrile în interiorul materialului în zonele cu solicitări volumetrice mari. Aspectul materialului se poate schimba de la ordonat la un model cu o coadă ( English crazing ) sub formă de tensiuni și vergeturi.

Materiale celulare

Materialele celulare se deformeaza plastic atunci cand momentul incovoietor depaseste momentul plastic . Acest lucru se aplică spumelor cu celule deschise în care momentul încovoietor acționează asupra pereților celulei. Spumele pot fi realizate din orice material cu o limită de curgere a plasticului , inclusiv polimeri rigidi și metale. Această metodă de modelare a spumei sub formă de grinzi este valabilă numai dacă raportul dintre densitatea spumei și densitatea substanței este mai mic de 0,3. Acest lucru se datorează faptului că grinzile suferă deformare plastică în direcția axială, mai degrabă decât îndoire. În spume cu celule închise, limita de curgere crește dacă materialul este supus la tracțiune din cauza membranei care înconjoară suprafața celulelor.

Pământ și nisip

Solurile, în special argilele, prezintă o inelasticitate semnificativă sub sarcină. Cauzele plasticității solului pot fi destul de complexe și depind în mare măsură de microstructura lor, compoziția chimică și conținutul de apă. Plasticitatea solului este cauzată în primul rând de rearanjarea ciorchinelor de boabe învecinate.

Pietre și beton

Deformarile inelastice ale rocilor si betonului sunt cauzate in primul rand de formarea de microfisuri si alunecare fata de aceste fisuri. La temperaturi și presiuni ridicate, comportamentul plastic poate fi afectat și de mișcarea dislocațiilor în granulele individuale ale microstructurii.

Descrieri matematice

Teoria deformării

Există mai multe modele de descrieri matematice ale plasticității [3] . Una este teoria deformarii (vezi, de exemplu , Legea lui Hooke ), unde tensorul tensorului Cauchy (de rang d - 1 în spațiul d - dimensional) este o funcție a tensorului deformarii. Deși această descriere este exactă atunci când o mică parte a corpului este supusă unei sarcini în creștere (cum ar fi o sarcină de deformare), această teorie nu poate explica ireversibilitatea.

Materialele ductile pot rezista la deformari plastice mari fara defectare (discontinuitate). Cu toate acestea, chiar și metalele ductile se vor sparge atunci când tensiunea devine suficient de mare - acest lucru apare ca urmare a întăririi prin muncă a materialului, făcându-l să devină casant . Tratamentul termic, cum ar fi recoacerea , poate restabili ductilitatea piesei de prelucrat pentru a continua turnarea.

Teoria curgerii plastice

În 1934, Egon Orowan , Michael Polanyi și Geoffrey Ingram Taylor au propus aproximativ în același timp ca deformarea plastică a unor materiale să fie tratată cu ajutorul teoriei dislocației . Teoria matematică a plasticității, teoria curgerii plastice, utilizează un set de ecuații neliniare, neintegrabile pentru a descrie un set de modificări ale deformației și tensiunii dintr-o stare anterioară și o mică creștere a deformarii.

Limita de curgere

Dacă solicitarea depășește o valoare critică (limita de curgere), materialul va suferi o deformare plastică sau ireversibilă. Această solicitare critică poate fi de tracțiune sau compresiune. Criteriile Tresca și von Mises sunt utilizate în mod obișnuit pentru a determina dacă un material curge. Cu toate acestea, aceste criterii s-au dovedit inadecvate pentru un număr semnificativ de materiale, iar câteva alte criterii de curgere au devenit, de asemenea, răspândite.

Cod criteriu

Criteriul Tresca se bazează pe ideea că, la anumite solicitări, apar modificări ireversibile în material, de exemplu, din cauza forfecarea. Aceasta este o presupunere bună când luăm în considerare metalele. Având în vedere starea de efort de bază, se poate folosi cercul Mohr pentru a determina tensiunile maxime de forfecare și a concluziona că materialul va curge dacă

\sigma _{1}-\sigma _{3}\geq \sigma _{0)

unde σ 1 este tensiunea normală maximă, σ 3 este tensiunea normală minimă și σ 0 este tensiunea la care materialul curge sub sarcină uniaxială. Este posibil să se construiască o suprafață de curgere care să ofere o reprezentare vizuală a acestui concept. În interiorul suprafeței de curgere, deformația este elastică (nu neapărat liniară). Deformarea plastică are loc la suprafață. Un material nu poate fi solicitat dincolo de suprafața sa de curgere.

Criteriul Huber-von Mises

Criteriul Huber-von Mises [4] se bazează pe criteriul Tresca, dar ia în considerare presupunerea că stresul hidrostatic nu contribuie la distrugerea materialului. M. T. Guber a fost primul care a propus utilizarea criteriului energiei de forfecare [5] [6] . Von Mises a găsit efortul efectiv sub încărcare uniaxială scăzând tensiunile principale și postulează că toate tensiunile efective în exces față de cea care determină cedarea materialului sub încărcare uniaxială vor duce la deformare plastică:

\sigma _{v}^{2}={\tfrac {1}{2}}[(\sigma _{11}-\sigma _{22})^{2}+(\sigma _{ 22}-\sigma _{33})^{2}+(\sigma _{11}-\sigma _{33})^{2}+6(\sigma _{23}^{2}+\sigma _{31}^{2}+\sigma _{12}^{2})].

O reprezentare vizuală a suprafeței de curgere poate fi construită folosind ecuația de mai sus, care ia forma unei elipse. În interiorul suprafeței, materialele suferă o deformare elastică. Atingerea la suprafață înseamnă că materialul suferă o deformare plastică.

Note

↑ Gerolf Ziegenhain și Herbert M. Urbassek: Reversible Plasticity in fcc metals. În: Scrisori reviste filosofice. 89(11):717-723, 2009 DOI
↑ Maaß, R. (ianuarie 2018). „Micro-plasticitate și perspective recente din plasticitatea intermitentă și la scară mică”. Acta Materialia . 143 : 338-363. arXiv : 1704,07297 . DOI : 10.1016/j.actamat.2017.06.023 .
↑ Hill, R. Teoria matematică a plasticității. - Oxford University Press, 1998. - ISBN 0-19-850367-9 .
↑ von Mises, R. (1913). „Mechanik der festen Körper im plastisch-deformablen Zustand” . Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen . 1913 (1): 582-592.
↑ Huber, M.T. (1904). „Właściwa praca odkształcenia jako miara wytezenia materiału”. Czasopismo Techniczne . Lwow. 22 .Tradus ca „Lucrarea specifică a deformarii ca măsură a efortului material” . Arhivele mecanicii . 56 : 173-190. 2004. Arhivat din original pe 2021-08-05 . Extras 2021-03-07 . Parametrul depreciat folosit |deadlink=( ajutor )
↑ Vezi Timoshenko, SP History of Strength of Materials . - New York: McGraw-Hill, 1953. - P. 369. - ISBN 9780486611877 . Arhivat pe 19 august 2020 la Wayback Machine

Vezi și

Literatură

Feodosiev V.I. Rezistența materialelor. - M .: Editura MSTU im. N. E. Bauman, 1999. S. 86. ISBN 5-7038-1340-9
Malinin N. N. Teoria aplicată a plasticității și fluajului. - M., Mashinostroenie, 1968. - 400 p.