Plasztikusság (fizika)

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. április 16-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 9 szerkesztést igényelnek .

Plaszticitás - az anyag azon képessége, hogy roncsolás nélkül nagy maradék alakváltozásokat fogadjon el . A plaszticitás tulajdonsága döntő jelentőségű olyan technológiai műveleteknél, mint a sajtolás , húzás , húzás , hajlítás , stb. A plaszticitás mértéke a szakítóvizsgálatok során meghatározott relatív nyúlás és relatív összehúzódás . Minél nagyobb az érték , annál műanyagabbnak tekinthető az anyag. A relatív szűkület mértéke alapján lehet következtetni az anyag gyárthatóságára. A hőkezelt réz , alumínium , sárgaréz , arany , lágyacél stb. a nagymértékben képlékeny anyagok közé tartozik, a duralumínium és a bronz pedig kevésbé képlékeny . A gyengén képlékeny anyagok közé sok ötvözött acél tartozik . $\delta$ $\psi$ $\delta$ $\psi$

A műanyagok szakító- és nyomószilárdsági jellemzőit a folyáshatár szerint hasonlítják össze . Általánosan elfogadott, hogy t.r ≈ t.s. $\sigma$ $\sigma$

Az anyagok képlékeny és rideg felosztása feltételes, nem csak azért, mert nincs éles átmenet a kettő értékeiben és között . A vizsgálati körülményektől függően sok törékeny anyag képlékeny anyagként, a képlékeny anyagok pedig ridegként viselkedhetnek. $\delta$ $\psi$

A feszültségi sebesség és a hőmérséklet nagyon nagy hatással van a plaszticitási és ridegségi tulajdonságok megnyilvánulására . Gyors feszítésnél hangsúlyosabb a törékenység, lassú feszítésnél pedig a plaszticitás tulajdonsága. Például a törékeny üveg képes maradandó alakváltozások fogadására normál hőmérsékleten, hosszan tartó terhelés hatására. A képlékeny anyagok, mint például az enyhe acél , rideg tulajdonságokat mutatnak , ha éles lökésterhelésnek vannak kitéve.

Fizikai mechanizmusok

Fémekben

A tiszta fémkristály plaszticitása elsősorban a kristályrács két alakváltozásának köszönhető: a csúszásnak és az m -es ikernek . A csúszás nyírási deformáció , amely az atomokat a kiindulási helyzetükhöz képest lényegesen nagyobb távolságra mozgatja, mint az atomközi távolságok. Az ikerképződmény egy sík mentén fellépő plasztikus deformáció, amely a kristály egy részének elfordulását eredményezi.

A legtöbb fém melegen rugalmasabb, mint hidegen. Az ólom szobahőmérsékleten elegendő rugalmasságot mutat, míg az öntöttvas nem mutat kellő rugalmasságot semmilyen kovácsolási művelethez, még melegen sem. Ez a tulajdonság fontos a fémalakítási és extrudálási műveleteknél . A legtöbb fém hevítés hatására képlékeny lesz, ezért felforrósodik.

Csúszó rendszerek

A kristályos anyagok egységes atomi síkokat tartalmaznak nagy hatótávolságú renddel. A síkok egymáshoz képest szorosan egymáshoz képest csúszhatnak . Ennek eredményeként a kristály alakjának állandó változása és képlékeny alakváltozása következik be. A diszlokációk jelenléte növeli az ilyen síkok megjelenésének valószínűségét.

Megfordítható plaszticitás

Nanoléptékben az egyszerű felületközpontú köbös fémeknél az elsődleges képlékeny deformáció visszafordítható, ha nincs keresztcsúszás formájában történő anyagátadás [1] .

A mikroplaszticitás lokális jelenség az inhomogén fémekben. Mechanikai feszültség alatt fordul elő , amikor a fém egésze a rugalmas tartományban, de néhány lokális régió a képlékeny tartományban van [2] .

Amorf anyagok

Repedés

Amorf anyagokban a nagy hatótávolságú rendezettség hiányában a "diszlokációk" fogalma nem alkalmazható, mivel az egész anyagból hiányzik a nagy hatótávolságú rend. Ezek az anyagok még mindig képlékeny deformáción eshetnek át. Mivel az amorf anyagok, például a polimerek rendezetlenek, nagy mennyiségű szabad térfogatot tartalmaznak. Az ilyen anyagok feszültség alá helyezése kinyitja ezeket a területeket, és az anyag homályossá válhat. Ez a homályosság számos repedés kialakulásának eredménye , amikor rostok képződnek az anyag belsejében a nagy térfogati feszültségű területeken. Az anyag megjelenése rendezettről farkú mintára ( angol crazing ) változhat feszültségek és striák formájában.

Sejtes anyagok

A sejtes anyagok plasztikusan deformálódnak, ha a hajlítónyomaték meghaladja a képlékeny nyomatékot . Ez a nyitott cellás habokra vonatkozik, ahol a hajlítónyomaték a sejtfalakra hat. A habok bármilyen műanyag folyáshatárral rendelkező anyagból készülhetnek , beleértve a merev polimereket és fémeket is. A hab gerendaként való modellezésének ez a módszere csak akkor érvényes, ha a habsűrűség és az anyagsűrűség aránya kisebb, mint 0,3. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a gerendák axiális irányban plasztikus deformációt tapasztalnak, nem pedig hajlítást. A zártcellás haboknál a folyáshatár növekszik, ha az anyag a sejtek felületét körülvevő membrán miatt húzófeszültség alatt áll.

Talaj és homok

A talajok, különösen az agyagok, terhelés alatt jelentős rugalmatlanságot mutatnak. A talaj plaszticitásának okai meglehetősen összetettek lehetnek, és nagymértékben függnek mikroszerkezetüktől, kémiai összetételüktől és víztartalmuktól. A talaj plaszticitását elsősorban a szomszédos szemek klasztereinek átrendeződése okozza.

Kövek és beton

A kőzetek és a beton rugalmatlan alakváltozásait elsősorban a mikrorepedések kialakulása és ezekhez a repedésekhez viszonyított elcsúszása okozza. Magas hőmérsékleten és nyomáson a plasztikus viselkedést a mikrostruktúra egyes szemcséiben lévő diszlokációk mozgása is befolyásolhatja.

Matematikai leírások

Deformációelmélet

A plaszticitásnak számos modellmatematikai leírása létezik [3] . Az egyik a deformációelmélet (lásd pl. Hooke törvényét ), ahol a Cauchy-féle feszültségtenzor (a d -dimenziós térben d − 1- es rangú ) a deformációs tenzor függvénye. Míg ez a leírás pontos, ha a test egy kis része növekvő terhelésnek van kitéve (például feszültségterhelésnek), ez az elmélet nem tudja megmagyarázni a visszafordíthatatlanságot.

A képlékeny anyagok meghibásodás (megszakadás) nélkül ellenállnak a nagy képlékeny alakváltozásoknak. Azonban még a képlékeny fémek is összetörnek, ha a nyúlás elég nagy lesz – ez az anyag munkakeményedésének eredményeként következik be, amitől az anyag törékennyé válik . A hőkezelés , például a lágyítás visszaállíthatja a munkadarab rugalmasságát a formázás folytatásához.

A képlékeny áramlás elmélete

1934-ben Egon Orowan , Michael Polanyi és Geoffrey Ingram Taylor nagyjából ugyanabban az időben javasolta, hogy egyes anyagok képlékeny alakváltozását a diszlokációelmélet segítségével kezeljék . A plaszticitás matematikai elmélete, a képlékeny áramlás elmélete nemlineáris, nem integrálható egyenleteket használ az előző állapothoz képest bekövetkezett alakváltozások és feszültségváltozások halmazának, valamint az alakváltozás kismértékű növekedésének leírására.

Hozamerő

Ha a feszültség meghalad egy kritikus értéket (folyószilárdság), az anyag képlékeny vagy visszafordíthatatlan deformáción megy keresztül. Ez a kritikus feszültség lehet húzó vagy nyomó. A Tresca- és von Mises-kritériumokat általában annak meghatározására használják, hogy az anyag folyik-e. Ezek a kritériumok azonban jelentős számú anyag esetében nem bizonyultak megfelelőnek, és számos más áramlási kritérium is elterjedt.

Criterion Cod

A Tresca-kritérium azon a felfogáson alapul, hogy bizonyos igénybevételek hatására visszafordíthatatlan változások mennek végbe az anyagban, például nyírás miatt. Ez jó tipp, ha figyelembe vesszük a fémeket. Az alapfeszültségi állapotot figyelembe véve a Mohr-kör segítségével meghatározhatjuk a maximális nyírófeszültségeket, és megállapíthatjuk, hogy az anyag folyni fog, ha

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

ahol σ 1 a maximális normálfeszültség, σ 3 a minimális normálfeszültség, σ 0 pedig az a feszültség, amelyen az anyag egytengelyű terhelés alatt áramlik. Lehetőség van egy olyan hozamfelület kialakítására , amely vizuálisan ábrázolja ezt a koncepciót. A folyási felületen belül az alakváltozás rugalmas (nem feltétlenül lineáris). A felületen képlékeny deformáció lép fel. Egy anyag nem feszíthető túl a folyási felületén.

Huber-von Mises kritérium

A Huber-von Mises-kritérium [4] a Tresca-kritériumon alapul, de figyelembe veszi azt a feltételezést, hogy a hidrosztatikus feszültség nem járul hozzá az anyag pusztulásához. M. T. Guber volt az első, aki a nyírási energia kritériumának alkalmazását javasolta [5] [6] . Von Mises úgy találta az egytengelyű terhelés melletti effektív feszültséget, hogy kivonja a főfeszültségeket, és azt feltételezi, hogy minden olyan effektív feszültség, amely meghaladja azt az értéket, amely egytengelyű terhelés hatására az anyag engedését okozza, képlékeny deformációt eredményez:

\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})].

A hozamfelület vizuális ábrázolása a fenti egyenlet segítségével készíthető el, amely ellipszis alakját veszi fel. A felületen belül az anyagok rugalmas deformáción mennek keresztül. A felület elérése azt jelenti, hogy az anyag képlékeny deformáción megy keresztül.

Jegyzetek

↑ Gerolf Ziegenhain és Herbert M. Urbassek: Reversible Plasticity in fcc metals. In: Filozófiai folyóirat levelei. 89(11):717-723, 2009 DOI
↑ Maaß, R. (2018. január). „Mikroplaszticitás és az időszakos és kis léptékű plaszticitás legújabb meglátásai”. Acta Materialia . 143 , 338-363. arXiv : 1704.07297 . DOI : 10.1016/j.actamat.2017.06.023 .
↑ Hill, R. A plaszticitás matematikai elmélete. - 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 .Lefordítva: „Specific Work of Strain as a Measure of Material Effort” . Archívum Mechanics . 56 , 173-190. 2004. Archiválva az eredetiből, ekkor: 2021-08-05 . Letöltve: 2021-03-07 . Elavult használt paraméter |deadlink=( súgó )
↑ Lásd Timoshenko, SP History of Strength of Materials . - New York: McGraw-Hill, 1953. - P. 369. - ISBN 9780486611877 . Archiválva : 2020. augusztus 19. a Wayback Machine -nél

Lásd még

Irodalom

Feodosiev V.I. Anyagellenállás . - M .: MSTU kiadó im. N. E. Bauman, 1999. S. 86. ISBN 5-7038-1340-9
Malinin N. N. A plaszticitás és a kúszás alkalmazott elmélete. - M., Mashinostroenie, 1968. - 400 p.