Plastisuus - materiaalin kyky vastaanottaa suuria jäännösmuodonmuutoksia tuhoutumatta . Muovisuusominaisuus on ratkaiseva sellaisissa teknologisissa toiminnoissa kuin meistäminen , piirtäminen , piirtäminen , taivutus jne. Muovisuuden mittana on suhteellinen venymä ja suhteellinen supistuminen , jotka määritetään vetokokeissa. Mitä suurempi arvo , sitä muovisemmaksi materiaalia pidetään. Suhteellisen kapenemisen tason mukaan voidaan tehdä johtopäätös materiaalin valmistettavuudesta. Hehkutettu kupari , alumiini , messinki , kulta , pehmeä teräs jne. ovat erittäin sitkeitä materiaaleja. Duralumiini ja pronssi ovat vähemmän sitkeitä . Heikosti sitkeitä materiaaleja ovat monet seosteräkset .
Muovimateriaalien veto- ja puristuslujuusominaisuuksia verrataan myötörajan mukaan . On yleisesti hyväksyttyä, että t.r ≈ t.s.
Materiaalien jako sitkeisiin ja hauraisiin on ehdollinen, ei vain siksi, että näiden kahden arvoissa ja välillä ei ole terävää siirtymää . Testiolosuhteista riippuen monet hauraat materiaalit voivat käyttäytyä sitkeiden materiaalien tavoin, ja sitkeät materiaalit voivat käyttäytyä hauraina.
Jännitysnopeudella ja lämpötilalla on erittäin suuri vaikutus plastisuuden ja haurausominaisuuksien ilmenemiseen . Nopealla jännityksellä haurauden ominaisuus on selvempi, ja hitaalla jännityksellä plastisuuden ominaisuus on selvempi. Esimerkiksi hauras lasi pystyy vastaanottamaan pysyviä muodonmuutoksia pitkäaikaisessa kuormituksessa normaalilämpötilassa. Muovattavat materiaalit, kuten pehmeä teräs , osoittavat hauraita ominaisuuksia , kun ne altistetaan terävälle iskukuormitukselle .
Puhtaan metallikiteen plastisuus johtuu ensisijaisesti kahdesta kidehilan muodonmuutostilasta: liukumisesta ja twinning - m:stä. Liuku on leikkausmuodonmuutosta , joka siirtää atomeja suhteessa niiden alkuasemaan etäisyyksillä, jotka ovat huomattavasti suurempia kuin atomien väliset etäisyydet. Twinning on plastinen muodonmuutos, joka tapahtuu tasoa pitkin, mikä johtaa kiteen osan pyörimiseen.
Useimmat metallit ovat sitkeämpiä kuumana kuin kylmänä. Lyijyllä on riittävä sitkeys huoneenlämmössä, kun taas valurauta ei osoita riittävää sitkeyttä mihinkään taontaoperaatioon edes kuumana. Tämä ominaisuus on tärkeä metallin muovaus- ja suulakepuristusoperaatioissa . Useimmat metallit muuttuvat sitkeiksi kuumennettaessa ja siten kuumiksi.
LiukujärjestelmätKiteiset materiaalit sisältävät yhtenäisiä atomitasoja pitkän kantaman järjestyksellä. Tasot voivat liukua toistensa suhteen tiiviisti pakattuihin suuntiin . Tämän seurauksena kiteen muoto ja plastinen muodonmuutos muuttuvat jatkuvasti. Dislokaatioiden esiintyminen lisää tällaisten tasojen ilmaantumisen todennäköisyyttä.
Käännettävä plastisuusNanomittakaavassa primaarinen plastinen muodonmuutos yksinkertaisissa pintakeskittyneissä kuutiometreissä on palautuva, jos materiaalia ei siirretä poikkiliukumisen muodossa [1] .
Mikroplastisuus on paikallinen ilmiö epähomogeenisissa metalleissa. Se tapahtuu mekaanisten jännitysten alaisena, kun metalli kokonaisuudessaan on elastisella alueella, mutta jotkut paikalliset alueet ovat muovialueella [2] .
Amorfisissa materiaaleissa pitkän kantaman järjestyksen puuttuessa käsitettä "sijoitukset" ei voida soveltaa, koska koko materiaalilta puuttuu pitkän kantaman järjestys. Näissä materiaaleissa voi silti tapahtua plastisia muodonmuutoksia. Koska amorfiset materiaalit, kuten polymeerit, ovat epäjärjestyksessä, ne sisältävät suuren määrän vapaata tilavuutta. Tällaisten materiaalien vetäminen jännityksen alaisena avaa nämä alueet ja voi saada materiaalin sameaksi. Tämä sameus johtuu monien halkeamien muodostumisesta , kun fibrillejä muodostuu materiaalin sisään alueille, joilla on suuri tilavuusjännitys. Materiaalin ulkonäkö voi muuttua tilatusta kuviolliseksi, jossa on häntäkuvio ( englanniksi crazing ) jännitysten ja venytysmerkkien muodossa.
Solumateriaalit deformoituvat plastisesti, kun taivutusmomentti ylittää plastisen momentin . Tämä koskee avosoluvaahtoja, joissa taivutusmomentti vaikuttaa soluseiniin. Vaahdot voidaan valmistaa mistä tahansa materiaalista, jolla on muovinen myötöraja , mukaan lukien jäykät polymeerit ja metallit. Tämä menetelmä vaahdon mallintamiseksi palkkina on pätevä vain, jos vaahdon tiheyden suhde aineen tiheyteen on pienempi kuin 0,3. Tämä johtuu siitä, että palkit kokevat plastisen muodonmuutoksen aksiaalisuunnassa eikä taipuessa. Umpisoluvaahdoissa myötöraja kasvaa, jos materiaali on vetojännityksen alaisena solujen pintaa ympäröivän kalvon vuoksi.
Maaperät, erityisesti savet, osoittavat merkittävää joustamattomuutta kuormituksen alaisena. Maaperän plastisuuden syyt voivat olla varsin monimutkaisia ja riippuvat suuresti niiden mikrorakenteesta, kemiallisesta koostumuksesta ja vesipitoisuudesta. Maaperän plastisuus johtuu ensisijaisesti viereisten jyvien klustereiden uudelleenjärjestelystä.
Kivien ja betonin joustamattomat muodonmuutokset johtuvat ensisijaisesti mikrohalkeamien muodostumisesta ja liukumisesta näihin halkeamiin nähden. Korkeissa lämpötiloissa ja paineissa muoviseen käyttäytymiseen voi vaikuttaa myös mikrorakenteen yksittäisissä rakeissa olevien dislokaatioiden liike.
Muovisuudesta on olemassa useita matemaattisia mallikuvauksia [3] . Yksi on jännitysteoria (katso esim. Hooken laki ), jossa Cauchyn jännitystensori ( d -ulotteisessa avaruudessa d − 1 ) on venymätensorin funktio. Vaikka tämä kuvaus on tarkka, kun pieni osa kehosta altistetaan kasvavalle kuormitukselle (kuten rasituskuormitukselle), tämä teoria ei voi selittää peruuttamattomuutta.
Muovattavat materiaalit kestävät suuria plastisia muodonmuutoksia ilman vaurioita (epäjatkuvuus). Kuitenkin sitkeät metallitkin särkyvät, kun venymä kasvaa riittävän suureksi - tämä tapahtuu materiaalin työstökovettumisen seurauksena , jolloin se haurastuu . Lämpökäsittely , kuten hehkutus , voi palauttaa työkappaleen taipuisuuden jatkaa muovausta.
Vuonna 1934 Egon Orowan , Michael Polanyi ja Geoffrey Ingram Taylor ehdottivat suunnilleen samaan aikaan, että joidenkin materiaalien plastista muodonmuutosta käsitellään dislokaatioteorian avulla . Matemaattinen plastisuuden teoria, plastisen virtauksen teoria, käyttää joukkoa epälineaarisia, ei-integroituvia yhtälöitä kuvaamaan joukkoa jännityksen ja jännityksen muutoksia edellisestä tilasta ja pientä venymän lisäystä.
Jos jännitys ylittää kriittisen arvon (myötölujuus), materiaali muuttuu plastisiksi tai palautumattomasti. Tämä kriittinen jännitys voi olla veto- tai puristusjännitys. Trescan ja von Misesin kriteereitä käytetään yleisesti määrittämään, virtaako materiaali. Nämä kriteerit ovat kuitenkin osoittautuneet riittämättömiksi useille materiaaleille, ja myös useat muut virtauskriteerit ovat yleistyneet.
Tresca-kriteeri perustuu näkemykseen, että jossain jännityksessä materiaalissa tapahtuu peruuttamattomia muutoksia, esimerkiksi leikkausvoiman vuoksi. Tämä on hyvä arvaus, kun tarkastellaan metalleja. Perusjännitystila huomioon ottaen Mohrin ympyrän avulla voidaan määrittää suurimmat leikkausjännitykset ja päätellä, että materiaali virtaa, jos
missä σ 1 on suurin normaalijännitys, σ 3 on pienin normaalijännitys ja σ 0 on jännitys, jolla materiaali virtaa yksiakselisessa kuormituksessa. On mahdollista rakentaa myötöpinta , joka antaa visuaalisen esityksen tästä konseptista. Myötöpinnan sisällä muodonmuutos on elastinen (ei välttämättä lineaarinen). Pinnalla tapahtuu plastista muodonmuutosta. Materiaalia ei voi jännittää myötörajan yli.
Huber-von Misesin kriteeri [4] perustuu Tresca-kriteeriin, mutta ottaa huomioon oletuksen, että hydrostaattinen jännitys ei vaikuta materiaalin tuhoutumiseen. M. T. Guber ehdotti ensimmäisenä leikkausenergian kriteerin käyttöä [5] [6] . Von Mises havaitsi tehollisen jännityksen yksiakselisessa kuormituksessa vähentämällä pääjännitykset ja olettaa, että kaikki teholliset jännitykset, jotka ylittävät sen, mikä saa materiaalin taipumaan yksiakselisessa kuormituksessa, johtavat plastiseen muodonmuutokseen:
Visuaalinen esitys tuottopinnasta voidaan muodostaa käyttämällä yllä olevaa yhtälöä, joka on ellipsin muotoinen. Pinnan sisällä materiaalit muuttuvat elastisesti. Pintaan saavuttaminen tarkoittaa, että materiaali käy läpi plastisen muodonmuutoksen.