Упругая и пластическая деформация, разрушение.

Любая деформация может осуществляться в твердых телах путем от­носительного смешения атомов. В твердых телах различают упругую де­формацию (исчезающую после устранения воздействия, вызвавшего ее) и пластическую (оставшуюся после удаления нагрузки).

Упругая деформация для твердых тел обычно мала и пропорциональна приложенному напряжению. После снятия нагрузки тело восстанавливает свою форму и размеры. При упругой деформации величина смешения атомов из положения равновесия не превышает расстояния между соседними атомами. При этом величина элементарных сил, вызывающих сме­шение атомов, возрастает с увеличением этого смешения. Для металлов в определенных пределах нагружения обычно существует пропорциональ­ная зависимость между деформирующими силами (напряжениями) и сме­шением атомов из положения равновесия (деформациями).

Схема пластической деформации скольжением и двойникованием
Рис. 1. Схема пластической деформации скольжением (а) и двойникованием (б).

GamePark RU

С ростом величины упругих деформаций потенциальная энергия твер­дого тела возрастает. Смешение атомов из положения равновесия является реакцией на действие внешних сил на все твердое тело или его отдельную часть. В любых условиях нагружения действие внешних сил на тело урав­новешивается противодействием межатомных, стремящихся вернуть ато­мы в положение минимума потенциальной энергии.

Однако увеличение потенциальной энергии тела за счет смещения атомов из положения равновесия не может происходить безгранично. При достижении определенного предела потенциальной энергии атомы полу­чают возможность смещаться на расстояния большие, чем межатомные расстояния незагруженного твердого тела. В этом случае после снятия внешних усилий атомы не возвращаются в свои исходные положения рав­новесия, а занимают новые положения устойчивого равновесия. Сумма смещений атомов в новые положения равновесия создает пластическую деформацию или же остаточное изменение формы и размеров твердого те­ла в результате действия внешних сил. В этом случае после снятия нагруз­ки материал не восстанавливает первоначальные форму и размеры.

Для того чтобы смешение атомов в новые положения равновесия не приводило к нарушению сплошности, необходимо, чтобы в процессе тако­го смешения атомы не удалялись один от другого на расстояния большие, чем размеры зоны активного действия сил взаимного притяжения атомов.

Под нагрузкой атомы всегда смещены из положений равновесия, так как действие внешних сил уравновешивается действием внутренних сил, вызванных смешением атомов из положений равновесия. Отсюда следует, что в условиях пластического деформирования общая (полная) деформа­ция содержит как пластическую составляющую, так и упругую, исчезаю­щую после снятия деформирующих сил.

Print Bar

Так как при снятии деформирующих сил после пластического дефор­мирования атомы стремятся занять положения равновесия (новые) и уста­новить исходные межатомные расстояния, пластическая деформация не может приводить к сколько-нибудь заметному изменению объема дефор­мируемого тела.

Основным механизмом пластической деформации является движение дислокаций (dislocatio — смещение, перемещение). Осуществляется пла­стическая деформация скольжением и двойникованием (рис. 1. а, б).