Деформация и механизм разрушения судовых деталей.
Лекция №4.
При действии на деталь внешних силовых нагрузок в материале возникают упругие деформации, переходящие при увеличении нагрузки в пластические. Перейдем от их макроскопического рассмотрения к микроскопическому, позволяющему с позиций кристаллического строения твердых тел, которое имеют практически все детали СТС, понять причины происходящего. Дня этого возьмем монокристалл и закрепим его нижнюю грань (рис. 2.18, а).
Рис. 2.18 Упрощенная схема перемещения атомов монокристалла под действием внешней силы:
а – Р=0; б - Р Рпц; в, г, д - Рт Р Рв; е - =0; ж - Р в
В начальный момент, при отсутствии нагрузки кристаллическая решетка не имеет искажений. Если к вершине кристалла приложить нагрузку Р Рпц, то все атомы решетки переместятся относительно неподвижного нижнего слоя (рис. 2.18, б). При этом существующие связи между ними сохранятся, а после снятия такой нагрузки все атомы возвратятся в исходное положение -т.е. в данном случае имела место упругая деформация упр.
|
|
В случае Рт <Р <Рв существующие между атомами связи начинают разрываться, и картина значительно усложняется. Если бы такой разрыв происходил одновременно по всей плоскости скольжения, то, согласно расчетам, прочность была бы близка к теоретической прочности материала. На практике же она оказывается значительно ниже - не менее чем в 1000 раз. Выяснилось, что перемещение атомов происходит аналогично движению волны в жидкости. Вначале, под действием приложенной силы, произойдет разрыв межатомной связи "1 - 3" (рис. 2.18, в). Группа атомов верхней части кристалла (выделена цветом) начнет смещаться относительно нижней, передавая нагрузку на следующий вертикальный ряд атомов. Когда величина смещения превысит половину периода кристаллической решетки, первый атом из верхней части образует межатомную связь со вторым атомом нижней части " 1 -4". В то же время связь атома "2" верхней части и атома "4" нижней части будет разорвана, а в верхней части кристалла образуется экстраплоскость, отвечающая краевой дислокации (см. рис. 2.7 и 2.18, г).
При дальнейшем сохранении действия силы Р или ее увеличении в указанных пределах экстраплоскость будет перемещаться дальше по плоскости скольжения в кристалле и, в конечном счете, "выйдет" на его противоположную сторону. Если в этом положении нагрузку снять, то упругие деформации кристаллической решетки исчезнут и останется только смещение верхней части относительно нижней на один период кристаллической решетки. Оно представляет собой элементарный акт пластической деформации пл (рис. 2.18, д).
|
|
Если нагружение продолжить, то описанный элементарный акт смещения будет многократно повторяться, и верхняя часть монокристалла будет все больше сдвигаться относительно нижней. По существу, можно уже говорить не о монокристалле, а о 2-х кристаллах с межатомной связью по границе раздела (плоскости скольжения).
Когда число атомов верхней и нижней части кристалла, еще сохранивших между собою связь, значительно уменьшится вследствие сдвига, то усилие, необходимое для его завершения и образования из одного кристалла двух независимых частей, начнет самопроизвольно уменьшаться. Окончательно разрушение (кристалла, детали) - образование 2-х или более фрагментов из одного целого - произойдет при усилии Pz, отвечающем т. D диаграммы растяжения (см. рис. 2.10).
Таким образом, пластическая деформация и разрушение происходят путем образования и перемещения дислокаций по плоскостям скольжения.