Форма обратной связи

Под воздействием определенной внешней нагрузки любые материалы изменяют свою форму. Различают следующие виды деформации:

а) упругую;

в) пластическую;

с) деформацию разрушения.

Природа деформации зависит от структуры материала, величины и направления прилагаемой нагрузки, скорости деформации, внешних условий (особенно температуры).

Упругая деформация. Упругая деформация может быть объяснена перемещениями атомов кристаллической решетки: во-первых, в результате изменения расстояния между атомными плоскостями, во-вторых, в результате скольжения атомных плоскостей относительно друг друга.

В условиях упругой деформации скольжение атомных плоскостей происходит на величину, меньшую половины расстояния между соседними атомами. Если скольжение превысит эту величину, то электростатические силы вызовут дальнейшее движение атомов до нового положения равновесия и деформация будет продолжаться. Как скольжению атомных плоскостей, так и изменению межатомных расстояний препятствуют электростатические силы положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных электронов. При снятии внешней нагрузки вызывающей деформацию металла, электростатические силы возвращают ему первоначальную форму.

Пластическая деформация. Экспериментально показано, что при пластическом течении металла его объем не изменяется. Это объясняется природой атомной решетки. Трудно представить себе такое явление, как сжатие всех атомов под действием внешней нагрузки и сохранение этого состояния после снятия нагрузки.

Идеализированной моделью пластической деформации монокристалла является относительное скольжение атомных плоскостей. Эта модель не является реальной и в действительности процесс скольжения включает в себя образование и перемещение дислокаций. При этом достигается тот же результат, что и при относительном скольжении целых плоскостей. Монокристаллы обладают свойством анизотропии; скольжение происходит вдоль вполне определенных плоскостей. Направление скольжения почти всегда совпадает с теми плоскостями, в которых атомы упакованы наиболее плотно. Существуют и несколько других плоскостей, где скольжения будут происходить по той или иной плоскости в зависимости от направления приложения нагрузки. Замечено, что перемещение дислокаций вдоль плоскости скольжения сопровождается движением и в соседних плоскостях, в результате чего происходит сдвиг на величину, равную многим межатомным расстояниям. Эффект появления полос скольжения объясняется существованием неоднородностей или других источников дислокаций, вызывающих возникновение большого числа дислокаций.

Разрушение. Существует два вида разрушения материала — вязкое и хрупкое. Оба вида разрушения включают в себя образование малых по величине трещин внутри напряженного твердого тела с последующим распространением одной или нескольких трещин через все тело. Главное различие механизмов разрушений заключается в природе распространения трещин.

В случае вязкого разрушения развитие трещины связано с явлением пластического течения, а хрупкое разрушение является процессом скалывания с очень незначительным объемом пластического течения. Вязкое разрушение хорошо изучено многими исследователями с помощью опытов по одноосному растяжению. Исследование образцов на разной стадии деформации после образования так называемой шейки показало, что микротрещины образуются в местах расположения посторонних включений в материале.

В условиях пластического течения движение дислокаций между соседними микротрещинами может вызвать их слияние и образование развитой трещины. Общее направление развитой трещины относительно образца - поперечное, с зигзагообразным профилем, соответствующим линиям максимальных напряжений сдвига. У краев образца трещина развивается в направлении линий максимальных напряжений сдвига, что приводит к появлению характерного вида излома, похожего на усеченный конус.

Хрупкое разрушение, так же как и вязкое, начинается с развития трещины в материале. При хрупком разрушении трещина развивается вдоль кристаллографических плоскостей или по границам зерен. При этом по краям в месте разрыва образца не образуется таких выступов, как при вязком разрушении. По теории Гриффитса возникающая при растяжении трещина не будет развиваться до тех пор, пока концентрация напряжений не достигнет величины, необходимой для образования двух новых поверхностей.