2). До точки деформація пропорційна напрузі Тангенс кута нахилу прямойОА до осі абцісс характеризує модуль пружності матеріалав = / . где - відносна деформація. Модуль пружності Е визначає жорсткість матеріалу, інтенсивність збільшення напруги в міру пружною деформації, тобто зміщення атомів з положення рівноваги в решетке.Модуль пружності практично не залежить від структури металу і визначається силами міжатомних зв'язку. Всі інші механічні властивості є структурно чутливими і змінюються в залежності від структури (обробки) в широких межах.
Закон пропорційності між напругою і деформацією є справедливим лише в першому наближенні. При точних вимірах навіть при невеликих напругах в пружною області спостерігається відхилення від закону пропорційності. Це явище називають непружним. Воно проявляється в тому, що деформація, залишаючись оборотної, відстає по фазі від чинного напруги. Непружним пов'язана з рухом точкових дефектів, дислокацій і атомів в прикордонних обсягах.
Напруга, відповідне точці А називають межею пропорційності (σп.ц). Зазвичай визначають умовний межа пропорційності, тобто напруга, при якому відхилення від лінійної залежності між навантаженням і подовження досягає такої величини, що тангенс кута нахилу, утворений дотичною до кривої деформації з віссю напруг, збільшується на 50% свого значення на лінійному пружному ділянці.
Межа пружності - напруга, при якому залишкова деформація досягає 0,05% і менше від початкової довжини зразка.
Межа плинності σТ - напруга, починаючи з якого деформація зразка відбувається майже без подальшого збільшення навантаження:
Якщо майданчик плинності по діаграмі розтягування даного матеріалу відсутній, то визначається умовна границя текучестіσ0,2- напруга, що викликає пластичну деформацію, рівну 0,2%.
Фізичний межа плинності - напруга, при якому зразок деформується без збільшення навантаження, що розтягує.
Межа міцності (тимчасовий опір) σВ - напруга, відповідне максимальному навантаженні, що передує руйнуванню зразка.
При випробуванні на розтяг визначають, крім того, характеристики пластичності. До них відносяться:
Відносне подовження δ розраховується як відношення приросту довжини зразка після розриву до його первісної розрахунковій довжині, виражене у відсотках:
де l1 - довжина зразка після розриву, мм; lo- розрахункова (початкова) довжина зразка.
Відносне звуження ψ визначається відношенням зменшення площі поперечного перерізу зразка після розриву до первісної площі його поперечного, перетину, вираженим у відсотках,
Тут F0 - початкова площа поперечного перерізу зразка; F1- площа поперечного перерізу зразка в ме-сте руйнування.
Пластична деформація здійснюється ковзанням і двійникуванням. Ковзання в кристалічній решітці протікає по площинах і напрямах з найбільш щільною упаковкою атомів, де опір зрушенню мінімально. У металах з ГЦК гратами ковзання протікає по 4-м площинах типу (111) і в напрямках діагоналі куба [110] (усього 3 напрямки і 12 систем ковзання). В ОЦК металах - по 6 площинах типу (110) і в напрямках типу [111], всього 12 систем ковзання. У кристалах з ГПУ гратами ковзання йде по площинах базису, всього 3 системи ковзання.
Метали з кубічної кристалічної гратами мають високу пластичність, т. К. Ковзання в них відбувається в багатьох напрямках. Метали з ГПУ гратами менш пластичні, важче піддаються прокатці, штампування.
Процес ковзання можна представляти як одночасне пересування однієї частини кристала щодо іншої. Такий синхронний зрушення вимагає дуже великої напруги. Ковзання здійснюється в результаті переміщення в кристалі дислокацій (рис. 40).
Малюнок 40 - Рух крайової дислокації, що приводить до утворення сходинки одиничного зсуву на поверхні кристала: а - схема руху дислокації; б-крайова дислокація в кристалічній структурі; в - дислокація переміщена на два міжатомних відстані в решітці під впливом прикладеної напруги; г - вихід дислокації на поверхню і поява зсуву
Процес зсуву в кристалі відбувається тим легше, чим більше дислокацій буде в металі. З ростом числа дислокацій вони розташовуються в різних площинах і заважають один одному переміщатися. На цьому засновані способи зміцнення металів шляхом механічного наклепу.
В монокристалах при додатку навантаження весь обсяг перебував в однорідному напруженому стані, а в полікристала різні зерна знаходяться в різних напружених станах. У різних зернах може працювати різне число систем ковзання, тому деформація в різноорієнтованих зернах неоднорідна. Крім того, в полікристалах зрушення одного зерна в інше передається через кордон і здійснюється неоднаково в раз-них зернах. Навіть в межах одного зерна деформація неоднорідна через ковзання дислокацій біля кордонів.
У полікристалічних матеріалах менше число дислокацій виходить на поверхню зразка в порівнянні з монокристалами і більше їх число гальмується в обсязі. Тому в полікристалічних матеріалах міцності більш високі, а пластичні - більш низькі, ніж в монокристалах і сильно залежать від розмірів зерна.
Двійникування - спосіб пластичної деформації, характерний для металів, що мають щільноупакована решітки. Полягає в переорієнтації частини кристала в положення, симетричне по відношенню до першої частини щодо площини двійникування (рис. 41). Двійникування супроводжується проходженням дислокацій крізь кристал. У металах з ОЦК і ГЦК гратами двойникование спостерігається тільки при великих ступенях деформації і низьких температурах.
Малюнок 41 - Схема пружною і пластичної деформації металу під дією напруги зсуву: а-початковий кристал; б-пружна деформація; в-збільшення пружною і пластичної деформації, викликаних ковзанням, при навантаженні, більшому межі пружності; г-напруга, яка обумовлює появу зсуву; д освіту двійника
Зміцнення металів здійснюється за рахунок збільшення щільності дислокацій шляхом механічного наклепу. При наклеп збільшується кількість дефектів кристалічної будови (дислокацій, вакансій, міжвузлових атомів), при цьому ускладнюється рух дислокацій. Подрібнення зерна і блоків мозаїки, термічна обробка і легування створюють недосконалості і спотворення кристалічної решітки, що перешкоджають вільному пересуванню дислокацій. За рахунок термічної обробки створюють структури з зміцнюючих фазами, що викликають дисперсійне твердіння, які також перешкоджають вільному пересуванню дислокацій. Метали з ГЦК гратами упрочняются сильніше, ніж з ОЦК.
Руйнування - це процес зародження і розвитку в металі тріщин, що приводить до поділу його на частини. Руйнування відбувається в результаті розвитку декількох тріщин або злиття тріщин в одну магістральну, по якій метал руйнується. Руйнування може бути крихким і в'язким.
Механізм зародження тріщин при крихкому і в'язкому руйнування однаковий. Скупчення дислокацій перед перешкодою в ході пластичної деформації є причиною виникнення мікротріщини. В такому місці дислокації приходять в таке тісне зіткнення, що їх екстраплоскості зливаються, а під ними утворюється зародкова тріщина (рис. 42).
Малюнок 42 - Схеми відриву (а), зрізу (б), освіти тріщини за рахунок скупчення дислокацій у перешкоди
При крихкому руйнуванні виникла тріщина стає нестабільною і зростає мимовільно, якщо її довжина при заданій напрузі перевищує деяке критичне значення, а вершина тріщини зберігає гостроту, порівнянну по радіусу у вершини з атомними розмірами. У цьому випадку напруги краю тріщини виявляються достатніми для порушення межатомной зв'язку (критерій Гріффітса).
При руйнуванні розповсюджується тріщина буде облямована вузькою зоною пластичної деформації, на створення якої витрачається додаткова енергія. В'язке і крихке руйнування відрізняються між собою за величиною пластичної зони біля вершини тріщини. При крихкому - ця зона мала, при в'язкому - величина пластичної зони, що йде попереду розповсюджується тріщини, велика, і тріщина затупляется в вершині. В'язке руйнування йде з малою швидкістю росту тріщини, а крихке - з дуже великою. Транскристаллитного руйнування - по тілу зерна, інтеркрісталлітное - по межах зерен (тільки крихке). Рельєф поверхні при крихкому і в'язкому руйнуванні різний (див. Рис. 43)
