Plastyczność - Polski Serwis Naukowy

Model wykresu zależności rodzajów odkształceń od naprężenia

Plastyczność - pojęcie z zakresu badań materiałowych i fizyki ciała stałego - właściwość fizyczna materiałów - zdolność do ulegania nieodwracalnym odkształceniom (odkształcenie plastyczne) pod wpływem sił zewnętrznych działających na ten materiał. Nieodwracalne odkształcenia powstają na skutek działania na ciała stałe naprężeń mechanicznych, przekraczających zakres, w którym jest ono zdolne do odkształceń sprężystych i jednocześnie na tyle małe, że nie powodują zniszczenia ciągłości jego struktury. Naprężenie przy którym rozpoczyna się proces plastyczny nazywane jest granicą plastyczności. Dla złożonego stanu naprężenia niezbędne jest kryterium uplastycznienia

Kruchość — cecha fizyczna ciał stałych (materiałów) polegająca na jego pękaniu i kruszeniu się pod wpływem działającej na nie siły. Kruche materiały absorbują stosunkowo mało energii przed złamaniem, nawet te o dużej wytrzymałości. Łamaniu towarzyszy zwykle głośny dźwięk, trzask. Do typowych materiałów kruchych należą m.in: beton, ceramika, szkło, żeliwo, skały. Typowe materiały sprężyste takie jak np. stal, również stają się kruche po przekroczeniu pewnego progu naprężenia. Z kolei substancje uważane za kruche pozostają sprężyste przy niewielkich odkształceniach. Kryterium podziału substancji na kruche i sprężyste nie jest ostre.

Tworzywa sztuczne – materiały składające się z polimerów syntetycznych (wytworzonych sztucznie przez człowieka i niewystępujących w naturze) lub zmodyfikowanych polimerów naturalnych oraz dodatków modyfikujących takich jak np. napełniacze proszkowe lub włókniste, stabilizatory termiczne, stabilizatory promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne, środki spieniające, barwniki itp. Termin "tworzywa sztuczne" funkcjonuje obok niepoprawnych często stosowanych żargonowych określeń takich jak: plastik lub plastyk. Najbardziej poprawnym terminem obejmującym wszystkie materiały zawierające jako główny składnik polimer, bez rozróżniania, czy jest on pochodzenia sztucznego czy naturalnego, jest określenie "tworzywa polimerowe".

Na poziomie molekularnym, odkształcenia plastyczne są możliwe dzięki zdolności grup cząsteczek do przemieszczania się w obrębie masy odkształcanych ciał względem innych grup cząsteczek bez powstawania w nim pęknięć. W pewnym sensie, ciała plastyczne zachowują się pod wpływem sił zewnętrznych jak płyny, których lepkość jest proporcjonalna do naprężenia i które zaczynają płynąć od pewnej granicznej wartości tego naprężenia.

Odkształceniem sprężystym nazywamy takie odkształcenie, które ustępuje po usunięciu siły, która je spowodowała. Odkształcenia sprężyste występują w każdej konstrukcji budowlanej, maszynie, urządzeniu. Najczęściej spotykanymi odkształceniami są: rozciąganie, ściskanie, skręcanie. Reakcją na rozciąganie jest przyciąganie się cząsteczek, zaś na ściskanie odpychanie się. Odkształcenia sprężyste nie występuje w ciałach idealnie plastycznych (ich przybliżeniem jest np. glina).

Monokryształ – materiał będący w całości jednym kryształem (np. kryształ cukru, soli, półprzewodnika). Monokryształ może zawierać w całej swej objętości niewielką ilość defektów tejże struktury, a jego zewnętrzna forma nie musi odzwierciedlać struktury krystalicznej.

Plastyczność wykazują w pewnych zakresach temperatury i naprężenia teoretycznie wszystkie znane materiały, choć w przypadku wielu z nich zakres plastyczności jest bardzo wąski. Zwykle za materiały plastyczne uważa się te, które posiadają dość szeroki, łatwo zauważalny zakres plastyczności. Na ogół są to materiały posiadające złożoną mikrostrukturę, składającą się z mieszaniny domen krystalicznych i amorficznych. Na ogół plastyczność materiałów rośnie ze spadkiem ich krystaliczności. Pewnien, minimalny zakres plastyczności wykazują jednak nawet materiały monokrystaliczne. Do najbardziej znanych materiałów plastycznych zalicza się:

Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,06%, co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt, występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.

Miedź (Cu, łac. cuprum) – pierwiastek chemiczny, z grupy metali przejściowych układu okresowego. Nazwa miedzi po łacinie (a za nią także w wielu innych językach, w tym angielskim) pochodzi od Cypru, gdzie w starożytności wydobywano ten metal. Początkowo nazywano go metalem cypryjskim (łac. cyprum aes), a następnie cuprum. Posiada 26 izotopów z przedziału mas 55-80. Trwałe są tylko dwa: 63 i 65.

niektóre rodzaje metali - plastyczność metali jest często nazywana ich kowalnością - do metali kowalnych zalicza się m.in. niektóre gatunki stali, ołów, cyna, miedź, wiele stopów metali kolorowych

wiele tworzyw sztucznych takich jak np. polietylen

Modele materiałów wykazujących cechy plastyczne

Przy opisie mechanicznym materiałów wykazujących cechy plastycznych idealizuje się krzywe naprężenia otrzymane z doświadczenia aby pominąć cechy mało istotne w danym zagadnieniu bądź zbyt trudne do uwzględnienia.

Kryterium uplastycznienia albo inaczej warunek plastyczności umożliwia w wypadku złożonego stanu naprężenia określenie czy materiał przekroczył granicę plastyczności.

Ciało amorficzne, ciało bezpostaciowe – stan skupienia materii charakteryzujący się własnościami reologicznymi zbliżonymi do ciała krystalicznego, w którym nie występuje uporządkowanie dalekiego zasięgu. Ciało będące w stanie amorficznym jest ciałem stałym (tzn. nie może płynąć), ale tworzące je cząsteczki są ułożone w sposób dość chaotyczny, bardziej zbliżony do spotykanego w cieczach. Z tego powodu ciało takie często, choć błędnie, nazywa się stałą cieczą przechłodzoną. Jednak ciecz, w tym także ciecz przechłodzona, może płynąć, a ciało stałe utrzymuje swój kształt.

W początkowym odcinku obciążenia używamy modeli:

sztywno-plastycznych, bez zakresu sprężystego

sprężysto-plastycznych, z uwzględnieniem początkowego zakresu sprężystego. Z reguły uwzględnia się jedynie część liniową sprężystości.

Od momentu osiągnięcia naprężenia równego granicy plastyczności model opisuje:

plastyczność idealna - odkształcenia plastyczne rosną w nieskończonośc przy stałej wartości naprężenia

plastyczność ze wzmocnieniem - przy osiągnięciu granicy plastyczności krzywa (częściej prosta) dalej rośnie ale znacznie wolniej

plastyczności z osłabieniem - od pewnego momentu krzywa zaczyna opadać. Ten model, pomimo że wynika z badań doświadczalnych, powoduje poważne kłopoty z matematycznym opisem problemu, gdyż prowadzi do zagadnienia lokalizacji.

Teorie opisujące zachowania plastyczne materiałów dzielą się na dwie grupy:

Krzywa naprężenia ilustruje, jaka jest współzależność naprężenia i wydłużenia materiału. Krzywa ta może mieć różny kształt w zależności od substancji, jej kształtu i warunków, w jakich poddawana jest naprężeniu, na przykład od temperatury. Można na tej krzywej wyróżnić pewne charakterystyczne strefy:

Fizyka ciała stałego - dział fizyki zajmujący się ciałami stałymi, tj. takimi które w danych warunkach zachowują swój kształt makroskopowy. Fizyka ciała stałego jest częścią fizyki materii skondensowanej.

teoria przemieszczeniowa

Teoria plastycznego płynięcia

Zobacz też