Deformarea plastica a metalelor si aliajelor metalice

1. Tensiuni si deformatii

Aplicarea unor sarcini exterioare asupra unui corp determina deformarea sau chiar ruperea acestuia. Deformarea poate sa aiba un caracter nepermanent, corpul revenind la structura si forma initiala dupa incetarea aplicarii sarcinii sau poate sa aiba un caracter permanent, deformarea mentinandu-se si dupa indepartarea sarcinii exterioare. In primul caz avem o deformare elastica iar in cel de-al doilea caz o deformare plastica. Pe langa aceste doua tipuri de deformarii trebuie sa mentionam insa si deformare anelastica specifica unor deformatii provocate prin marirea brusca a sarcinii : deformatia rezultata initial nu este in totalitate o deformatie cu caracter permanent deoarece o parte din aceasta dispare treptat.

Prin actiunea unor forte exterioare asupra unui corp se determina in acesta stari de solicitare care pot fi caracterizate prin natura si marimea tensiunilor sau eforturilor unitare care se opun actiunii fortelor exterioare.

Astfel, intr-o sectiune oarecare S a unui corp de forma cilindrica asupra caruia actioneaza o forta F (fig. 7), se poate proceda la o descompunere a fortei F in doua componente, componenta F_σ fiind normala la suprafata S, iar componenta F_t tangentiala la suprafata S. Celor doua componente le corespund tensiunile normale si respectiv tangentiale:

σ = F_σ / S = (F / S) ∙ cos φ              (1)

τ = F_τ / S = (F / S) ∙ sin φ               (2)

care pot fi exprimate insa in functie de sectiunea circulara S_o:

σ = (F / S₀) ∙ cos² φ                 (3)

τ = (F / S₀) ∙ sin φ ∙ cos φ    (4)

Rezulta astfel ca tensiunile normale au valoarea maxima pe planul S_o perpendicular la directia fortei F, iar tensiunile tangentiale pe planul inclinat la 45° fata de directia fortei. Corespunzator tensiunilor t si s deformatiile unui corp pot consta din lungiri (determinate de tensiunile normale s ), din lunecari sau deformatii unghiulare (determinate de tensiunile tangentiale t ) sau din combinatii ale acestora.

In cazul lungirii, daca se noteaza cu e deformatia specifica liniara ca raportul intre deformatia liniara DL si lungimea initiala L_o a probei:

e DL / L₀) ∙ 100, [%]     (5)

Proiect: Localizarea intracelulara a enzimelor Referat: Reactii pentru compusi cu functiuni simple azotate

legatura intre tensiune si deformatia specifica liniara se poate scrie, in domeniul elastic, potrivit legii lui Hooke, sub forma:

σ = E ∙ ε (6)

unde E este o constanta de proportionalitate numita modul de elasticitate longitudinal care caracterizeaza fortele de legatura dintre atomi (fiind o masura a fortei necesare pentru deformarea elastica a retelei cristaline).

Odata cu lungimea, pe directiile transversale apare o contractie. Raportul dintre deformatiile specifice transversale si deformatia specifica pe directia longitudinala se noteaza cu n si se numeste coeficient de contractie transversala sau coeficientul lui Poisson. Astfel, pentru starea de tensiune liniara se poate scrie :

ε_y = ε_z = - ν ∙ ε_x = - ν ∙ σ_x / E (7)

Deformatia unghiulara se caracterizeaza prin asa-numita lunecare specifica g exprimata prin tangenta unghiului de lunecare a cu care se modifica unghiul de 90^o dintre trei puncte ale unui corp, sub efectul tensiunii tangentiale t (fig. 8):

g tg a (8.)

iar, pentru domeniul elastic se poate scrie urmatoarea relatie de proportionalitate:

t G g (9.)

unde G este modulul de elasticitate transversal care se determina de obicei prin incercari la rasucire.

Intre cele trei constante E , G , n exista relatia:

G = E / 2 ∙ (1 + ν)    (10)

Deoarece modulele de elasticitate sunt determinate in primul rand de fortele interatomice din reteaua cristalina, ele sunt foarte putin influentate de factori structurali sau de compozitia chimica .

Modulul de elasticitate scade insa valoric odata cu cresterea temperaturii. Astfel, pentru otel, modulul de elasticitate longitudinal E scade de la 21.000 daN/mm² la temperatura ambianta, la cca. 10.000 daN/mm² la temperatura de 900^oC.

Curba tensiune - deformatie la tractiune

Comportarea unui material la diverse solicitari este reflectata prin curba tensiune-deformatie care se determina pe baza incercarilor de laborator la tractiune, compresiune, rasucire, fluaj etc.

In cazul incercarii la tractiune, reprezentarea in coordonate rectangulare a variatiei tensiunii medii s = F / S₀ in functie de deformatia specifica e determina curba caracteristica conventionala la tractiune (fig. 9). Portiunea liniara initiala OA a curbei caracteristice reprezinta zona de proportionalitate intre tensiune si deformatie, zona in care este respectata legea lui Hooke. Tensiunea corespunzatoare punctului B reprezinta, limita de elasticitate (Rp _0,2) adica tensiunea maxima pe care o poate suporta materialul fara ca deformatia sa primeasca un caracter permanent.

In practica se considera insa ca materialul se comporta elastic pana in apropierea limitei de curgere conventionale R_p (ordonata punctului C ) definita ca raportul dintre sarcina corespunzatoare unei alungiri neproportionale prescrise si aria sectiunii transversale initiale S₀ a epruvetei. Pentru oteluri, alungirea neproportionala se stabileste, uzual, la 0,2% (R_p0,2).

Raportul dintre sarcina maxima si aria sectiunii transversale initiale a epruvetei, F_max / S₀, se numeste rezistenta la rupere si se simbolizeaza prin R_m, corespunzand punctului D pentru care sarcina are valoarea maxima.

La deformari mai mari decat cea corespunzatoare punctului D epruveta sufera o gatuire treptata care duce la ruperea in punctul E. Aparent, tensiunea in epruveta scade deoarece aceasta se calculeaza pentru sectiunea initiala considerata conventional constanta pe parcursul incercarii. In realitate insa,  sectiunea epruvetei se modifica treptat astfel ca tensiunea reala in sectiunea respectiva creste pana la rupere. Curba R_real = f (e se numeste curba reala tensiune-deformatie spre deosebire de curba conventionala tensiune-deformatie care considera sectiunea epruvetei ca fiind constanta pe parcursul incercarii.

Se mentioneaza ca reprezentarea din figura 9 are un caracter general, diversele materiale metalice determinand curbe cu aspecte diferite care pot sa prezinte insa mari deosebiri chiar pentru acelasi material, daca conditiile de incercare difera.