Металлы

Каждому со школьной скамьи известно это слово. Ластик — наш первый помощник в исправлении наших первых ошибок. Тем более странно, что само это слово содержит ошибку, точнее — в нем со временем исчезла одна буква. Эластик (elastik) означает «упругий». Это слово происходит от греческого elastos — гибкий, тягучий. Еще в начале XX века гимназисты говорили: «гуммиэластик» — упругая резинка. Но время превратило это слово сначала в «гуммиластик», а потом оставило от него только вторую половину.

Все же мы хорошо знаем, что такое эластичный материал — это значит гибкий, немнущийся, а в точном значении слова — упругий. Металлы тоже в определенных пределах обладают этим свойством. В каких же именно пределах?

На языке диаграммы деформации этим пределом является точка А — граница первого участка. Абсцисса точки А представляет собой максимальную деформацию материала, в пределах которой он ведет себя упруго.

Важнейшим признаком упругой деформации является ее обратимость — при разгрузке, т. е. устранении силы, вызвавшей деформацию, тело возвращается к своим исходным размерам и форме. Если! речь идет об одежде, то, называя материал «немнущимся», И мы подразумеваем именно это свойство обратимости де-формации. Таким образом, если деформация не выходит за пределы упругой зоны О А, линия разгрузки идет вдоль прямой АО, и деформация уменьшается до нуля; размеры образца после разгрузки останутся теми же. что и до нагружения, а значит, атомы (ионы) возвратятся в исходные позиции.

Мы уже знаем, что это вызвано действием пружинок— сил межатомного взаимодействия, которые при разгрузке возвращают атомы в исходные позиции, и форма тела восстанавливается. Но что произойдет, если деформация выйдет за пределы е. Упругая деформация продолжает нарастать прямо пропорционально растущей величине напряжения, но само напряжение теперь значительно медленнее увеличивается с ростом реформации, чем это было в пределах упругого участка. Линия разгрузки в соответствии с законом Гука идет параллельно прямой АО, и появляется вторая составляющая деформации — пластическая. Общая величина деформации, соответствующая некоторой точке, складывается.

Пластическая деформация продолжается вплоть до точки В, в которой напряжение достигает максимума. Это максимальное напряжение, которое может выдержать материал, называют пределом прочности или временным сопротивлением. После того как достигнуто это напряжение, вскоре наступает разрушение — образец разрывается.

Таким образом, если мы хотим, чтобы наше изделие «пружинило», чтобы оно не давало остаточных деформа-ций, нельзя, нагружая его, превышать предел упругости. Тогда и деформация не выйдет за пределы максимума и полностью исчезнет при разгрузке. Важно, что в этой области напряжений и деформаций они связаны простым, линейным гуковским соотношением. Это очень облегчаем расчеты конструкторам. Однако мы знаем, что линейная связь между межатомными силами и расстояниями действует лишь при небольшом удалении атомов от равно-весных положений.

Пределы упругости металлов обычно очень низки.
В ходе пластической деформации скорость роста на-пряжения на 2—3 порядка ниже, чем в упругой зоне. Тангенс угла наклона диаграммы деформации к гори-зонтальной оси на первом участке равен модулю Юнга Е, который для многих металлов имеет порядок 104—105 МПа, а на втором участке тангенс этого угла обычно порядка 102 МПа.

Теперь, пользуясь законом Гука, мы можем оценить предельную величину упругой деформации металлов. В пластической области даже у весьма пластичных металлов к моменту разрушения величина упругой деформации может увеличиться еще приблизительно на столько же, так что все наши «упругие достижения» не выходят за пределы 1 % деформации. В этой области закон Гука соблюдается достаточно хорошо.

Как можно экспериментально проверить закон Гука при больших деформациях? Казалось бы просто — «запретить» пластическое течение металла. Но этот путь ведет к другому краю пропасти — металл, у которого отняли способность пластически деформироваться, становится хрупким и часто разрушается при напряжениях. И все же удалось «уличить» Гука с помощью особого рода кристаллов — «усов», которые способны деформироваться на несколько процентов, так как имеют прочность, близкую к теоретически возможной.

А сейчас мы от сухих цифр перейдем к близким нам примерам и решим следующий вопрос