Пластическую деформацию

пластического деформирования этих выступов в контакт будут вступать новые выступы, обладающие меньшей суммой высот. В начальный момент процесс формирования контакта двух поверхностей сопровождается ростом числа единичных пятен касания и схватывания, площадь каждого при этом увеличивается незначительно.

В реальных условиях работы оборудования сопротивляемость материала узлов и конструкций разрушению в результате наложения сложных, часто нерасчетных условий может резко понижаться несмотря на оптимальные запасы прочности, принятые при конструировании. В этих случаях эффективным методом диагностирования элементов энергооборудования становится диагностика состояния металла и причин его повреждения структурными методами. Влияние коррозионно-активных сред, периодические нерасчетные колебания температур и напряжения приводят к изменению кинетики и механизмов накопления повреждений. Сочетание таких факторов, как воздействие повышенных температур и коррозионно-активнои среды, или высоких температур и периодического упруго-пластического деформирования изменяет скорость и характер развития процессов разрушения, затрудняет оценку ресурса таких деталей.

Другой особенностью этих деталей является значительный разброс по структуре, особенно в зонах структурной неоднородности, возникающей в процессе сварки, наплавки, пластического деформирования, ионно-плазменной и других видов обработки. Решение задач малоцикловой прочности и ресурса для таких элементов должно производиться с учетом дополнительных напряжений и деформаций в переходных зонах.

Отдых состоит в рассасывании внутренних напряжений вследствие перемещения атомов искаженных областей решетки в равновесные состояния. Этот процесс протекает без видимого изменения структуры кристалла и-приводит к частичному или полному снятию упрочнения, полученного в результате пластического деформирования. Являясь диффузионным процессом, отдых протекает со скоростью, резко зависящей от температуры и запасенной энергии; деформирования. Металлы с низкой точкой плавления (олово, свинец, кадмий и др.) уже при комнатной температуре имеют сравнительно высокую скорость самодиффузии и отдыхают с заметной скоростью. В деформированных тугоплавких металлах (железо, вольфрам и др.) отдых при комнатной температуре происходит с ничтожно малой скоростью. С повышением температуры скорость отдыха резко возрастает. При температуре, составляющей примерно

Сдвигообразование в кристалле под действием внешней силы представляет собой движение дислокаций по плоскостям скольжения и выход их на поверхность кристалла. Если бы сдвигообразова-ние происходило только за счет выхода дислокаций, уже имевшихся в кристалле, то процесс пластического деформирования приводил бы к истощению дислокаций и переводу кристалла в более совершенное состояние. Это противоречит эксперименту, который показывает, что с ростом степени деформации искажения решетки не уменьшаются, а, наоборот, растут, следовательно, растет и плотность дислокаций. Поэтому в настоящее время принято считать, что дислокации, обусловливающие пластическую деформацию, генерируются! в процессе самого сдвигообразования под действием внешних сил, приложенных к кристаллу.

Так как с ростом степени пластического деформирования число дислокаций в кристалле увеличивается, то увеличивается и число препятствий, возникающих в местах пересечения дислокаций. Поэтому рост степени деформации сопровождается упрочнением кристалла. Подобное же действие оказывают и атомы примеси: вызывая местные искажения решетки, они затрудняют перемещение дислокаций и тем самым увеличивают сопротивление кристалла сдвигу. Особенно сильное тормозящее действие оказывают границы блоков, границы зерен и обособленные включения, содержащиеся в решетке. Они резко увеличивают сопротивление перемещению дислокаций и для своего преодоления требуют более высоких напряжений.

В общем случае анизотропного упрочнения, позволяющего описать эффект Баушингера и реальные циклические свойства материалов, наблюдаемые в эксперименте, в качестве внутреннего параметра состояния вводится в уравнение поверхности текучести (3.46) симметричный тензор микронапряжений Pjk. Эти напряжения обусловлены структурными изменениями в материале вследствие пластического деформирования и опреде-

5.13. Распределение напряжений в стенке корпуса реактора с учетом упруго-пластического деформирования материалов Сплошные линии - упругое решение; штриховые - с учетом пластики

В начальной стадии пластического деформирования наиболее интенсивно происходит перераспределение напряжений по сечению деталей, приводящее к увеличению несущей способности детали. По мере роста пластических деформаций, когда они в два-три раза превосходят деформации, соответствующие пределу текучести материала, процесс перераспределения напряжений ослабевает. Несущая способность детали повышается медленнее и в основном вследствие упрочнения материала. При отсутствии упрочнения нарастание деформаций существенно опережает рост нагрузки. Так как при указанном уровне пластических деформаций в зонах краевого эффекта они, как правило, охватывают все сечение детали, этот уровень является в данной работе исходным для проверки сходимости метода расчета. Как показали приведенные расчеты, сходимость предложенного метода является весьма быстрой. Как правило, достаточным оказывается выполнение четырех-пяти приближений. Время расчета при этом составляет для ЭВМ типа БЭСМ-6 несколько секунд. 214

Сварку давлением или холодную сварку выполняют без нагревания. При этом неразъемное соединение металлов за счет использования междуатомных сил сцепления получают путем совместного пластического деформирования соединяемых элементов. Под действием сил давления происходит пластическое течение металла, при котором начинают проявляться силы взаимодействия атомов. Сварку давлением в электромонтажных работах применяют для соединения алюминиевых и медных шин. Соединение шин выполняют внахлестку. При соединении однопроволочных жил проводов применяют также сварку давлением встык. Сварку давлением шин выполняют с помощью гидропресса и специального инструмента — набора кондукторов и пуансонов.

а) Метод гибки в открытых штампах отливок. Наиболее простым и потому чаще применяемым методом деформирования, является гибка литых заготовок в открытых штампах. Гибочные операции практически могут быть применены ко всем сплавам типов ЮНК, ЮНДК, ЮНДКБА, ЮНДКТ и ЮНДКТБА. Литые заготовки, например сплава ЮНДК25БА, при применении метода пластического деформирования подвергаются последовательно следующим операциям: нагреву, гибке, термообработке (магнитной), отпуску, шли-фолкр.

Сварку давлением или холодную сварку выполняют без нагревания. При этом неразъемное соединение металлов за счет использования междуатомных сил сцепления получают путем совместного пластического деформирования соединяемых элементов. Под действием сил давления происходит пластическое течение металла, при котором начинают проявляться силы взаимодействия атомов. Сварку давлением в электромонтажном деле применяют для соединения алюминиевых и медных шин. Соединения шин выполняют внахлестку. При соединении однопроволочных жил проводов применяют также сварку давлением встык.

Экстремальный характер имеет зависимость прочности сварного соединения от давления: его занижение замедляет пластическую деформацию в контактной зоне соединения и снижает плотность дислокаций, необходимых для активирования поверхности. Завышение давления увеличивает трение и снижает амплитуду колебаний рабочего торца инструмента. Оптимальное значение давления колеблется от 0,5 до 20 Н/мм2. Повышение частоты колебаний инструмента в некоторых случаях ускоряет процесс соединения. Время сварки подбирается экспериментально с целью получения максимальной прочности соединения.

УСТАНОВКИ ДЛЯ СКВОЗНОГО НАГРЕВА ПОД ПЛАСТИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ

Наряду с поверхностной закалкой широко применяется сквозной индукционный нагрев под пластическую деформацию: объемную штамповку, ковку, прокатку, прессование, волочение. Нагреву

Отечественной промышленностью для нагрева стальных заготовок под пластическую деформацию серийно выпускаются нагреватели типов КИН и ИНМ [41].

После этого сталь несколько раз отжигают для того, чтобы снять остаточную пластическую деформацию кристаллов. Роль холодной прокатки заключается в том, что при отжиге и медленном охлаждении кристаллы растут в том направлении, в котором они были деформированы. Другими словами, после нагрева холоднокатаной стали до 1Ю0...1200°С, т. е. выше точки Кюри, в ней остаются затравки, способствующие росту недеформированных кристаллов с ребрами, ориентированными в направлении прокатки. Полученная электротехническая сталь с ребровой текстурой имеет большую анизотропию магнитных свойств: при намагничивании поперек прокатки магнитная проницаемость хуже, а потери

Нагрев преимущественно в переменном магнитном поле Электрическая энергия превращается в энергию переменного магнитного поля, а затем в тепловую в помещенных в этом поле телах Плавка черных и цветных металлов; нагрев металлов под термообработку и пластическую деформацию; поверхностная закалка; зонная плавка; Индукционные плавильные печи; канальные и тигельные, периодического и непрерывного действия; индукционные нагревательные установки; установки поверхностной закалки

Механическая работа, затрачиваемая на пластическую деформацию и разрушение металла в процессе стружкообразования и образования новой поверхности, а также работа сил трения по передней и задним поверхностям инструмента почти полностью превращается в теплоту. Теплота, выделяемая в зоне резания, нагревает стружку, обрабатываемую заготовку и режущий инструмент, в которых образуются температурные поля. Наибольшая температура, возникающая в процессе резания, не должна превышать темпера-туростойкости инструментального материала.

При сквозном нагреве под пластическую деформацию все сечение должно быть прогрето до температуры 900—1250° С, в связи с чем в конечной стадии нагрева весь металл становится немагнитным.

Схема ( 128, б) применяется в установках для нагрева под пластическую деформацию и во всех других случаях, где можно применять многовитковые индукторы. Согласование осуществляется соответствующим подбором (расчетом) числа витков. Неточность расчета корректируется автотрансформатором (в основном, в сторону уменьшения напряжения на контуре). При одних и тех же длине, диаметре и напряжении индуктора

Сдвигообразование в кристалле под действием внешней силы представляет собой движение дислокаций по плоскостям скольжения и выход их на поверхность кристалла. Если бы сдвигообразова-ние происходило только за счет выхода дислокаций, уже имевшихся в кристалле, то процесс пластического деформирования приводил бы к истощению дислокаций и переводу кристалла в более совершенное состояние. Это противоречит эксперименту, который показывает, что с ростом степени деформации искажения решетки не уменьшаются, а, наоборот, растут, следовательно, растет и плотность дислокаций. Поэтому в настоящее время принято считать, что дислокации, обусловливающие пластическую деформацию, генерируются! в процессе самого сдвигообразования под действием внешних сил, приложенных к кристаллу.

Значительно более заманчивым является использование левой ветви этой кривой, отвечающей получению бездефектных кристаллов. В настоящее время в этом направлении сделаны первые шаги — получены тонкие нитевидные кристаллы, обладающие ~почти идеальной внутренней структурой. Их называют часто «усами». Толщина усов колеблется обычно от 0,05 до 2 мкм, длина — от 2—3 мм до 10 мм. Замечательным свойством таких кристаллов является исключительно высокая прочность, близкая к теоретической величине. Так, у нитевидных кристаллов железа предел прочности оказался равным 1,3 • 1010 Н/м2 (1300 кгс/мм2), у меди 0,3 • 1010 Н/м2 {300 кгсм/см'2) и т. д., в то время как обычные кристаллы этих металлов обладают пределом прочности, равным соответственно 3 . 108 Н/м2 (30 кгс/мм2) у железа и 2,6 • 10е Н/м2 (25 кгс/мм2) у меди. Упругая деформация у нитевидных кристаллов достигает нескольких процентов; по достижении этой деформации кристаллы хрупко разрушаются. Напомним, что у обычных кристаллов уже при деформации в сотые доли процентов начинается заметное пластическое течение. Это свидетельствует о том, что у нитевидных кристаллов из-за отсутствия дислокаций сдвиг по плоскостям скольжения протекает в форме жесткого смещения одной части решетки относительно другой с преодолением связи одновременно у всех атомов плоскости скольжения. Необычно высокая упругая деформация «усов» обусловлена отсутствием легко подвижных дислокаций, которые у обычных кристаллов вызывают пластическую деформацию уже при очень низких напряжениях.