TIINA I INGINERIA MATERIALELORCURS 7 AN I IA

CAP.7 INFLUENA DEFORMRILOR PLASTICE ASUPRA STRUCTURII I A PROPRIETILOR MATERIALELORForma clasic a unei diagrame de traciune este prezentat n figura de mai jos.

TIPURI DE SOLICITRI

7.1 DEFORMAII ELASTICE. DEFORMAII PLASTICELimita de elasticitate este una din principalele caracteristici mecanice luate n calculul de dimensionare al pieselor. Prin utilizarea materialelor cu limit mare de elasticitate se pot proiecta piese cu seciuni mai mici i cu greutate mai mic.Limita aparent de elasticitate ( Re ) este dat de relaia urmtoare:

n care: - Fe este fora limitei de elasticitate; - S0-seciunea iniial.Limita aparent de elasticitate ( Re ) mai este numit limit de curgere.Deoarece unele diagrame de traciune nu prezint limit aparent de elasticitate net, a fost necesar s se defineasc i urmtoarele mrimi:- limita alungirii remanente de 0,2 % ( Rr0,2 ):

- limita convenional de elasticitate ( Rp0,2 ): Aa cum se observ n diagrama traciunii, aceasta prezint trei domenii principale:- domeniul elastic al deformaiei elastice;- domeniul deformaiei permanente omogene sau al deformaiei permanente repartizate;- domeniul de gtuire sau al deformaiei plastice localizate.

PREZENTAREA SCHEMATICA A DEFORMATIEI PLASTICE

7.2 DEFORMAREA MONOCRISTALULUIPentru determinarea limitei de elasticitate la forfecare (cr) n cazul ruperii simultane a legturii metalice dintre toi ionii, se consider un monocristal, ca n figura de mai jos, n care se poate observa etapele forfecrii simultane ale unui monocristal.Se poate scrie urmtoarea relaie:

Dac are valori mici se poate scrie relaia astfel:

Dac considerm G ca modulul de elasticitate relaia se poate scrie:

sau

LEGEA FAZELOR7.3 DEFORMAREA PRIN ALUNECAREDiferena enorm dintre valorile calculate i cele determinate experimental ale limitei de elasticitate la forfecare au condus la introducerea conceptului de dislocaie (Taylor).Dac deformarea are loc prin rupere progresiv a legturilor metalice dintre ioni, atunci efortul necesar este mult mai mic, iar la scar macroscopic efectul este acelai. Etapele forfecrii succesive a legturilor metalice dintre ioni ntr-un monocristal se prezint n figura de mai jos.

DEPLASAREA SUCCESIV A DISLOCAIEIa-monocristalul naintea deformrii; b-monocristalul deformat plastic; -linia dislocaiei; -segment al circuitului Burgers; -vectorul Burgers

Deplasarea extraplanului dislocaiei, prin ruperea succesiv a legturilor dintre ioni, permite deformarea plastic mult mai uoar a monocristalului. Cnd linia dislocaiei a ajuns la extremitatea monocristalului, se produce deformarea plastic a acestuia. Altfel spus, o parte a monocristalului a alunecat pe cealalt la nivelul liniei dislocaiei marginale pe direcia vectorului Burgers.

VECTORUL BURGERSVectorul Burgers (dup fizicianul olandez Jan Burger) este un vector, deseori notat cu b, care reprezint mrimea i direcia distorsiunii reelei prezentnd dislocaia n reeaua cristalin. Dislocaiile cele mai stabile au vectorul Burgers cel mai mic. Exist sisteme de alunecare, formate din: direcii de alunecare i plane de alunecare.Direciile de alunecare, sau direciile vectorilor Burgers sunt direciile cu mare densitate de ioni. Planele de alunecare sunt planele cu mare densitate de ioni deoarece: conin direciile de alunecare; suntcele mai deprtate ntre ele.Fiecare structur cristalin are un numr bine definit de sisteme de alunecare

7.4 DEFORMAREA PRIN MACLAREMaclarea este, n general, caracteristic reelelor CVC i HC, fiind favorizat de scderea temperaturii i creterea vitezei de deformare. Maclarea, ca mod de deformare a reelei cristaline, const n deplasarea unei pri din reea, astfel nct aceast parte s se plaseze n raport cu un plan planul de maclare ntr-o poziie simetric prin reflectare n oglind. Schema maclrii se poate observa n figurile de mai jos.

VARIAIA TENSIUNII DE ALUNECARE CU TEMPERATURALa reelele CVC, tensiunea critic pentru alunecare crete puternic odat cu scderea temperaturii, n timp ce tensiunea critic de maclare este relativ insensibil la variaia temperaturii. Astfel, la temperaturi sczute, cnd TTd , tensiunea de alunecare este mai mic dect tensiunea de maclare, astfel c alunecarea se instaleaz ca mod preferat de deformare.La reelele CFC, tensiunea critic de maclare este ridicat, astfel nct acest mod de deformare trece practic neobservat. Reelele HC se deformeaz uor prin maclare ntr-un domeniu larg de temperaturi.

7.5 DEFORMARE AGREGATELOR POLICRISTALINEFiind constituite dintr-un numr foarte mare de cristale cu orientri diferite ale planelor de alunecare din reea, cristale ce se gsesc ntr-o permanent interaciune, deformarea nu va avea loc simultan n toate cristalele dup aplicarea asupra lor a unor eforturi unitare. Deformarea fiecrui cristal nu se desfoar liber fiind condiionat de prezena limitelor dintre gruni precum i de procesele care au loc n cristalele nvecinate. Putem spune c deformarea agregatelor policristaline reprezint rezultatul deformrii fiecrui cristal n parte i a deplasrii i rotirii relative a cristalelor unele fa de altele, aceasta petrecndu-se ca i n cazul monocristalelor, prin alunecare sau maclare.n figura alturat se prezint modelul structurii unui agregat policristalin. Deformarea prin alunecare va ncepe nti n cristalele (1) ale cror plane de alunecare au o nclinaie de 45 fa de direcia tensiunii de deformare. La celelalte cristale (2 i 3) grunii fiind paraleli sau perpendiculari pe direcia tensiunii de deformare condiiile de deformare prin alunecare lipsesc, tensiunile tangeniale fiind nule pe aceste plane de alunecare. Astfel, agregatele policristaline formate din metale i aliaje cu reea HC, necesit eforturi suplimentare pentru deformare, superioare celor ce au reele CVC sau/i CFC.

7.6 TENSIUNI REZIDUALE. RUPEREA MATERIALELORTensiunile reziduale sunt acele tensiuni ngheate", care se gsesc intr-o pies ce nu este supus nici unei sarcini externe. Tensiunile reziduale apar la piesele prelucrate in deformare plastic n cazul n care deformaia n stadiul plastic nu este uniform repartizat pe toat suprafaa transversal a piesei. Atunci cnd se ndeprteaz sarcina exterioar, zonele care au fost deformate plastic mpiedic zonele alturate deformate elastic s revin la forma iniial, aa cum au trebuie cnd sarcina este ndeprtat. Ca urmare, zonele deformate elastic rmn cu tensiuni reziduale de ntindere, iar zonele care s-au deformat plastic tind s prezinte tensiuni reziduale de compresiune, pentru a se menine echilibrul de fore pe seciunea transversal. Principalele metode industriale pentru obinerea unor tensiuni reziduale de compresiune la suprafaa pieselor sunt : rularea cu role i durificarea cu jet de alice.Fragmentarea unui material n doua sau mai multe buci sub aciunea unor forte externe sau tensiuni interne poate fi definita ca rupere.Ruperea se poate clasifica dup: modul cristalografic de rupere, aspectul i mrimea deformaiilor plastice care apar naintea ruperii etc. Acest ultim criteriu va fi luat n considerare deoarece la studierea materialului la scara macroscopica, ne ofer informaii despre tipurile de rupere care se pot observa, realiznd astfel tipul de rupere care poate fi: fragil precedat de deformri plastice nesemnificative; ductil caracterizat de deformri plastice semnificative care se produc naintea i n timpul fenomenului de deformare; la oboseal dup un anumit numr de cicluri de solicitare.

7.7 RECRISTALIZAREA MATERIALELOR METALICE DEFORMATEntruct in urma deformrii plastice la rece, starea materialului este in afara echilibrului, exist tendina trecerii spontane a acestuia ntr-o stare cu energie liber mai mic. Aceasta trecere se face prin difuzie, temperatura exercitnd o influen mare asupra structurii i proprietilor materialelor. Mobilitatea atomilor la temperatura ambiant este foarte mic i trecerea n stare de echilibru se face nclzind materialele deformate plastic la rece. Tratamentul se numete recoacere de recristalizare i cuprinde trei etape: restaurarea, recristalizarea propriu-zis i creterea. Variaia proprietilor mecanice cu evoluia structurii de deformare i a temperaturii