Пластичность и разрушение металла при ОМД

Стандартные пластические характеристики металла — относительное удлинение е и относительное сужение шейки у/, полученные при испытании металла на растяжение, очевидно, не могут быть универсальными. Поскольку пластичность металла сильно зависит от схемы напряженного состояния, то требуются критерии пластичности, учитывающие характер нагружения металла и особенности каждого процесса ОМД. Предложено несколько критериев пластичности, например вычисленная в точке разрушения величина

где — гидростатическое давление;

— интенсивность напряжений.

Как видно, критерий выражается через действующие напряжения.

Однако помимо напряжений на величину пластической деформации до разрушения влияет количество и характер накопления дефектов в металле в процессе пластической деформации. Предложено несколько схем накопления дефектов (дислокаций) при деформации и разработано несколько дислокационных механизмов разрушения. Ученые Уральского политехнического института (В.Л. Колмогоров, А.А. Богатов и др.) показали, что разрушение многих материалов наступает тогда, когда количество накопленных дефектов достигнет определенного значения, которое называется ресурсом пластичности. Он зависит от многих факторов, в том числе от напряженного состояния, характера дефектов, температурно-скоростных условий деформации и пр. Критерии пластичности, основанные на расчете ресурса пластичности и дефектов в металле, оказались более технологичными, чем критерии, построенные на учете только напряжений.

С практической точки зрения большой интерес представляет макроскопическая трактовка проблем разрушения, основоположником которой был А.Ф. Иоффе, получившая развитие в трудах Н.Н. Давиденкова и Я.Б. Фридмана. Согласно этим представлениям разрушение металла может быть хрупким и вязким. Хрупкое разрушение, или разрушение путем отрыва, происходит без заметной пластической деформации. При растяжении образца из хрупкого материала (см. рис. 1.8) разрушение наступает тогда, когда нормальное растягивающее напряжение о достигает предела текучести ст_?. При плоских и объемных схемах напряженного состояния хрупкое разрушение наступает при максимальных касательных напряжениях в плоскости сдвига т, определяемых, как известно, разностью нормальных напряжений т = (о, — ст₃)/2, достигающих предела текучести на сдвиг о/2. Теоретически при равномерном трехстороннем растяжении монокристалла и поликристалла, когда о, = с₂ = о₃, разрушение будет хрупким всегда для любого материала. Но равномерное трехосное растяжение практически никогда не встречается. Если же разрушению предшествует значительная пластическая деформация, то разрушение металла будет вязким.

Хрупкое и вязкое разрушения различаются и по виду поверхности разрушения: при вязком разрушении по месту разрушения видны вытянутые линии — следы течения металла, которые отсутствуют при хрупком разрушении. Для некоторых видов готовой продукции проводят испытания металла на излом (ИПГ — испытание падающим грузом — или по методике 0ПГТ). На поверхности излома после вязкого разрушения образуется волокнистая структура металла. При хрупком разрушении “волокно” отсутствует, и поверхность излома заполнена мелкими блестящими недеформированными равноосными зернами. Нежелателен гак называемый нафталиновый вид излома, свидетельствующий о большом количестве “грязи” на границах зерен, попавших на поверхность излома.

В реальных технологических процессах обычно разрушение начинается как вязкое, но заканчивается как хрупкое. Например, при испытаниях круглых образцов на разрывной машине видно, что по периферии поверхности разрушенного образца излом волокнистый, разрушение прошло по вязкому типу, но сердцевина сечения в конце процесса разрушилась хрупко. При оценке пластичносги металла по излому подсчитывают, какая часть сечения образца разрушилась вязко и хрупко. Характеристикой пластичности является доля вязкой составляющей в изломе (в процентах ко всей площади). Наиболее пластичные металлы при испытании 0?ТТ обеспечивают 100 %-ную вязкую (волокнистую) составляющую.