У попередніх параграфах було показано, що при навантаженні твердого тіла вище певного значення в ньому виникають деформації, пов'язані з порушенням енергетичного рівноваги і зміною міжатомної взаємодії елементів системи. Деформації, що з'являються після досягнення тілом межі текучості SТ і розвиваються аж до моменту порушення цілісності структури Rпр називають пластичними.
Якщо межа міцності R будь-якого тіла значно перевищує межу текучості SТ, то матимуть місце переважно пластичні деформації і тіло називатися пластичним (у ідеально пластичного тіла Sт = 0).
Визначити міру пластичності твердого тіла з достатнім ступенем точності дуже складно. Німецький фізик Ауербах запропонував спрощено характеризувати пластичність модулем m, що показує різницю між межею міцності і межею плинності твердого тіла і числом пластичності n, що показує відношення модуля пластичності до межі міцності:
m = R - S т; n = (R - S т) / R.
Для умовно ідеально пластичного тіла m = R і n = 1. Для реальних тіл 0 Запропоновані Ауербаха характеристики пластичності дають її оцінку з точки зору діючих напружень, які більш точно визначені поняттям модуль зсуву G (див. Розділ «Пружність). Для практичних же цілей не менш важливо врахувати величину залишкових деформацій, заради яких власне і використовуються його пластичні властивості. Пластичні деформації можуть бути виражені або в частках початкових розмірів, або у відсотках від них. При розтягуванні пластичні деформації, як відомо, виражаються відношенням величини деформації до початкової довжині, тобто eпл. = (L - l0) / l0 · 100,%. Комбінуючи дві різні оцінки пластичності: число пластичності n і пластичну деформацію eпл, отримуємо більш повну характеристику пластичності, що включає напружений стан тіла і його пластичну деформацію, звану ступенем пластичності твердого тіла. (R-Sпл) (l-l0) / R · eпл або n · eпл = Епл. Пластична деформація, межа плинності і максимальне напруження при руйнуванні вимірюються найчастіше при нормальній температурі в процесі спостереження за ходом деформації зразка, на який діє з постійною або рівномірно збільшується швидкістю навантаження. Графічно це виражається кривими «напруга - деформація», зображеними на рис. 4.21 і 4.22.
Мал. 4.21. Крива деформації кристалів MgO і KBr
Мал. 4.22. Крива деформації кристала LiF
Порівняння умовних кривих деформації різних кристалів, зображених на рис. 4.21 показує, що обидва кристала мають відносно високі пластичні властивості: один за рахунок високої пластичної деформації, інший - за рахунок великої різниці між межею міцності і межею плинності.
На рис. 4.22 зображена крива деформації кристала з різко вираженим порогом плинності, властивим вуглецевої сталі, а також багатьом кристалів і кристалічних матеріалів, зокрема, високо і магнезіальних вогнетривами, які працюють в умовах високих температур.
Таким чином, пластичність, поряд з пружністю, є найважливішою характеристикою твердих тіл. Пластичні деформації, що виникають в тілі під дією зовнішніх сил, дозволяють судити про характерні особливості структури того чи іншого матеріалу в двох основних аспектах.
1. Поява пластичних деформацій свідетельствуетоначалеразрушенія структури матеріалу. Це дозволяє:
- визначити запаси міцності, деформованості і стійкості структури;
- знизити матеріаломісткість виробів і конструкцій;
- забезпечити їх найбільш раціональне функціонування, надійність і безпеку;
- підвищити опірність тел ударних навантажень, знизити концентрацію напружень в матеріалі.
2. Наявність значних пластичних деформацій дозволяє забезпечити якісне формування і обробку твердих тіл тиском (прокатка, штампування, кування і т.п.).