Главная --> Справочник терминов


Пластической деформации с напряжениями дальней области). Следует заметить, что в рамках данной модели, как и предыдущей, единственный способ устранения локального напряжения связывают только с упругими элементами и их разрывом. Поэтому применение подобных моделей, по-видимому, ограничено случаями хрупкого разрушения органических стекол и других систем, не обладающих большой неупругой или пластической деформацией при возникновении разрушения.

Медленный рост трещины с докритической скоростью в полимере обусловлен процессами термомеханической активации, природа которых аналогична природе однородного разрушения, описанной в предыдущей главе, т. е. растяжением цепи, пластической деформацией, раскрытием пор, распутыванием цепи и ее разрывом. Однако скорость, с которой происходят эти процессы в поле деформаций, окружающих вершину трещины, выше, чем в любом другом месте материала.

Разность между длиной нагруженной нити и длиной нити тот-зс после снятий нагрузки (/,1—12) называется упругой деформа^ ш'й (%), разность (15 — ^я)—пластической деформацией (ьэ). "ги деформации являются обратимыми. Чем меньше эластическая ^формация, тем больше упругость нити и при прочих равных СЛОБИЯХ лучше качество изделий из нее.

В условиях установившегося течения макромолекуш деформируются и ориентируются в направлении действия сипы. Наряду с пластической деформацией, сопровождающейся перемещением центра тяжести макромолекулы, определенный вклад в общую деформацию вносит н высокоэластическая, вызывающая упругое деформирование макромолекулы. Высокоэластическая деформация обусловлена гибкостью макромолекул, наличием

ПОЛУЧЕННЫЕ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ

В 15 Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. — М.: Логос, 2000. — 272 с.: ил. ISBN 5-88439-135-8.

1.2.1. Виды наноструктур в материалах, подвергнутых интенсивным деформациям. 1.2.2. Эволюция микроструктур при интенсивных деформациях. 1.2.3. Наноструктуры, полученные консолидацией порошков интенсивной пластической деформацией.

К счастью, многие из упомянутых проблем могут быть преодолены при использовании методов обработки, названной нами интенсивной пластической деформацией (ИПД) [3, 8]. Задачей методов ИПД является формирование наноструктур в массивных металлических образцах и заготовках путем измельчения их микроструктуры до наноразмеров. Хорошо известно, что путем значительных деформаций при низкой температуре, например, в результате холодной прокатки или вытяжки [9-11], можно очень сильно измельчить структуру металлов. Однако полученные структуры являются обычно ячеистыми структурами или субструктурами, имеющими границы с малоугловыми разориентировками. Вместе с тем рассматриваемые наноструктуры являются ультрамелкозернистыми структурами зеренного типа, содержащими преимущественно болыпеугловые границы зерен [8, 12]. Создание таких наноструктур может быть осуществлено методами ИПД, позволяющими достичь очень больших деформаций при относительно низких температурах в условиях высоких приложенных давле-

1.2.3. Наноструктуры, полученные консолидацией порошков интенсивной пластической деформацией. Как уже отмечалось выше в § 1.1, интенсивная пластическая деформация может быть также успешно использована для консолидации порошков. К настоящему времени выполнен целый ряд исследований, где, используя ИПД, были получены массивные наноструктурные образцы с высокой плотностью. При этом в качестве исходных порошков использовали порошки металлов [25-30,100,101], а также их смеси с керамикой [28-30, 100-102] при содержании последней не более 20 об. %. Было показано, что тип полученных наноструктур существенно зависит от размера исходных порошинок, который варьировался от наш- до микронных размеров, а также способа их получения.

Экспериментальные данные о необычной дефектной структуре границ зерен в наноструктурных материалах, полученных интенсивной пластической деформацией, наблюдение искажений кристаллической решетки вблизи границ зерен легли в основу развиваемых модельных представлений об атомной структуре и свойствах этих материалов [12]. Данные представления базируются на концепции неравновесных границ зерен, которая была введена в научную литературу в 70-80-х годах [110,111] и позднее стала широко использоваться при описаниях взаимодействий решеточных дислокаций и границ зерен, для анализа рекристаллизационных и деформационных процессов в поликристаллах [3,172]. Ниже будут кратко рассмотрены основные положения физики неравновесных границ, дано описание структурной модели нанокристаллов и ее развитие для понимания их необычных свойств.

Ниже мы рассмотрим некоторые достижения в этой области и дадим сравнительную характеристику сверхпластического поведения нескольких ультрамелкозернистых сплавов, полученных двумя способами: РКУ-прессованием и интенсивной пластической деформацией кручением.

Если при проведении технологического процесса нет возможности использовать слитки в горячем виде, то последние перед обработкой под давлением должны быть предварительно подогреты в колодцах до температуры пластической деформации (1000—1300 °С). После этого горячие слитки передаются на прессы или обжимные станы, а затем на листопрокатные, сортовые трубопрокатные или волочильные станы, где они проходят пластическую обработку (иногда в несколько стадий с промежуточными циклами нагрева). Колодцы, в которых подогреваются слитки, отапливают газовым топливом, сжигаемым при минимальных коэффициентах избытка воздуха. Это позволяет снизить до минимума образование в процессе нагрева окалины и сократить угар металла.

Характер зависимости удельного объема пор таблеток от коэффициента прессования подтверждает предложенное выше объяснение механизма уплотнения шихты. Изменение удельного объема пор имеет место только в интервале коэффициента прессования до 2.0-2.5. В дальнейшем, когда уплотнение материала таблеток продолжается преимущественно за счет пластической деформации самих частиц шихты, удельный объем пор практически не меняется и остается на уровне примерно 0.060 см3/г. Это существенно меньше, чем удельный объем пор катализатора ФКД-Э, который равен примерно 0.107 см1/г (см. табл. 4.3).

В зависимости от величины площадки пластичности - податливости П - судят о способности полимерного материала к пластической деформации, т.е. о его способности необратимо изменять свою форму под действием приложенного напряжения. Количественно П может быть определена по диаграмме а-6, если сопоставить значения тангенсов угла наклона касательных в точке В и точке С, т.е.

Еще большие напряжения вызывают деструкцию надмолекулярной организации, включая переориентацию сегментов цепи и ламеллярных кристаллов (поворот кристаллов, наклон и проскальзывание цепей), раскрытие пустот и первые разрывы цепей. Эти процессы соответствуют пластической деформации. Как будет показано в последних главах, именно на этой стадии большая часть подведенной энергии переходит в тепло. Поскольку деформирование возобновляется почти с постоянного

уровня условного напряжения, оно называется пластическим деформированием, хотя с точки зрения молекулярной структуры оно не соответствует пластической деформации металлов. На начальном участке после предела вынужденной эластичности деформирование ПЭ большей частью не вызывает механически необратимое течение. В области деформаций до ~50 % ламеллярные кристаллы смещаются и ориентируют свои а-оси перпендикулярно направлению вытяжки. с-Оси (цепей) принимают предпочтительный угол 35—40° по отношению к направлению вытяжки. Однако последняя ориентация обратима,

Совершенно иной механизм нагружения цепи преобладает в процессе пластической деформации полимеров при деформациях от 30 % до нескольких сотен процентов. В данном случае цепь будет рваться под действием сил трения, существующих между цепями самой молекулы или ее цепями и другими морфологическими элементами при их динамическом сдвиге (гл. 5, разд. 5.2.5). Достигаемые напряжения вдоль оси цепи пропорциональны молекулярному или фибриллярному коэффициентам трения и скорости деформации е. Поэтому число критически нагруженных цепей будет отражать сильный рост коэффициента трения в зависимости от понижения температуры. Девис и др. [19] деформировали листы полиэтилена с высокой молекулярной массой на воздухе и регистрировали образование кислотных радикалов. Для истинной деформации In (///о), равной, например 1,1, что соответствует условной деформации 200%, концентрация кислотных радикалов возрастает от 5-Ю14 см~3 при 294 К до 1016 см~3 при 160 К. Скорость накопления радикалов d[R]/dln(///0) имеет две области переходов: одну при температурах 180—200 К и другую — начиная с 250 К и выше.

ПА-6 в спектр кислотных радикалов Бекман и Деври установили, что 50 % всех «повреждений» происходят в слое толщиной менее 0,6 мкм от поверхности. Оставшиеся 50 % цепных радикалов получены на глубине до 3 мкм от поверхности. С учетом морфологии деградирующих полимеров, механики процесса измельчения и подвижности первичных свободных радикалов можно представить пространственное распределение вторичных радикалов. В данном случае с точки зрения прочности кристалла, по-видимому, маловероятно вытягивание и разрыв отдельных цепей ПА. Как уже рассматривалось в гл. 5, цепь ПА-6, уложенная в кристаллите более чем на 1,7 нм своей длины, будет скорее разрываться, чем вытягиваться из кристаллита. Вытягивание из поверхности разрушения целых микрофибрилл будет происходить с весьма большой вероятностью и сопровождаться разрушением межфибриллярных проходных цепей с образованием повреждений в поверхностном слое на глубине до 1 мкм. Это особенно важно для сильной пластической деформации материала перед растущей поверхностью разрушения. Перемещение свободных радикалов, конечно, вносит свой вклад в углубление слоя со следами повреждения. Тем не менее глубины поврежденного слоя, полученные в подобных экспериментах, действительно совпадают с нижними пределами размеров частиц, получаемых при механическом повреждении материала. Это свидетельствует о том, что повреждения могут вызываться механически вплоть до указанных -выше глубин.

Ослабление при ползучести присуще не только термопластичным материалам. В качестве примера в гл. 1 приведены морфологические структуры разрушения при ползучести труб из ПВХ, подверженных воздействию различных по величине напряжений. При достаточно высоких напряжениях (0„ = = 50 МПа) имеет место небольшая деформация ползучести, а ослабление труб из ПВХ оказывается хрупким. В таком случае говорят о прочностной долговечности при хрупком разрушении (рис. 1.1). При умеренных значениях напряжения (42 МПа), действующего продолжительное время, трубы подвергаются сильной пластической деформации, т. е. в таком случае говорят о деформационной долговечности при вынужденной эластичности (рис. 1.2). При более низких значениях напряжения (а„<20 МПа) ослабления либо не наблюдается совсем в течение времени проведения эксперимента, либо действует конкурирующий механизм образования трещины при ползучести (рис. 1.3).

проходящей через вершину трещины и через ее боковую сторону, оказывается ненагруженной. Во всяком случае, при увеличении а, сопровождающемся разрывом основных и (или) вторичных связей, требуется энергия В Даус- Чтобы получить точное соответствие между В Даус и В AaGi, необходимо, чтобы полная энергия упругой деформации, накопленная в области рабочего объема, была израсходована на разъединение связей, пересекающих площадь В Да. Для твердых полимеров наименьшим возможным шагом был бы разрыв одной связи, т. е. шаг шириной Да = 0,4 нм. Активационный объем разрыва связи имеет порядок р = 0,008 нм3. Подобный элемент объема составляет лишь 0,125/л; части объема я Да3, и его энергия равна ~0,015GiAa2. Поэтому следует заметить, что в молекулярном масштабе, даже в отсутствие пластической деформации, для распространения разрушения требуется высвобождение энергии в объеме, который по крайней мере в 60 раз больше акти-вационного объема разрыва основных связей, пересекающих вновь образованную поверхность площадью В Да.

Пластическое деформирование особенно проявляется в полимерных материалах. Электронные микрофотографии, представленные в гл. 8, достаточно убедительно свидетельствуют об этом факте. Поэтому необходимо исследовать, можно ли применить метод механики разрушения, разработанный для упругих материалов, для упругопластических твердых тел и как это сделать. Хорошо известно [3—7] влияние пластического деформирования на распределение напряжения при вершине трещины. Например, при квазиупругих условиях деформирования упруго-пластический материал начинает пластически деформироваться, как только состояние напряжения удовлетворяет критерию вынужденной эластичности или течения. Пластическое деформирование начинается в области наибольших напряжений, т. е. вблизи вершины трещины; оно ограничивает составляющие напряжения пределом вынужденной эластичности aF. Для поддержания механического равновесия должны увеличиться напряжения в более отдаленных областях (до значения предела вынужденной эластичности). Таким образом, пластическое деформирование характеризуется увеличением эффективной длины трещины [3—7]. Существуют два общих метода расчета эффективного расширения трещины при пластической деформации, которые основаны соответственно на критерии вынужденной эластичности Мизеса [6] и рассмотрении aF в качестве дополнительного напряжения сжатия [7].

Наличие пластической деформации в материале проявляется в трех аспектах:




Продолжительным нагреванием Продолжительного нагревания Предварительное образование Продуктах конденсации Продуктах присоединения Продуктами конденсации Периодической литературе Продуктами полимеризации Продуктами расщепления

-
Яндекс.Метрика