Пластичност (физика)

Дијаграм напрезања (σ - затезног напрезања и ε - линијске затезне деформације) за типични негвоздени материјал:
1: Стварна граница еластичности
2: Граница пропорционалности
3: Граница еластичности
4: Граница развлачења или σ_0,2 (напрезање при којем настаје трајно продужење од 0,2% првобитне дужине шипке или штапа)

Ковање је један од најстаријих и најраширенијих поступака обраде метала.

Приказ рада уздужног ваљања.

Механичка савијачица с 3 ваљка.

Пример производа добивених дубоким вучењем.

Поступак извлачења жице или цеви.

Пластичност је својство неких материја (материјала) да под деловањем довољно велике силе мењају облик, који готово у потпуности трајно задржавају и након престанка деловања силе (пластична деформација). Пластичност наступа када се под деловањем сила пређе такозвана граница течења, која зависи од температуре материјала. Тако и неки крти материјали (бронза, мрамор, стакло, кристали) могу прећи у пластично стање при повишеним температурама. Проучавањем пластичности и постављањем теорија бави се на макроразини део механике чврстих тела (теорија пластичности), посматрајући тело као континуум без улажења у његову микроструктуру, док се пластичност на микронивоу, као последица поремећаја унутар кристала, то јест помицања делова кристала дуж дислокацијских равни, проучава у оквиру физике материјала. Метали на температури вишој од температуре рекристализације имају готово идеалну пластичност, јер су деформирани кристали спонтано претворени у нове ненапрегнуте, а с температуром је повећан и број дислокација. У таквом се стању при деловању сталне силе деформације у материјалу с временом повећавају (течење материјала). Пластичност је битна појава у технологији обликовања деформирањем, као што су ваљање, ковање, савијање, дубоко вучење и друго, док се у конструкцијама јавља само локално унутар ограничених мањих подручја.

Пластична деформација је уочена у већини материјала, а посебно код метала, тла, камења, бетона, пене. Међутим, физички механизми који узрокују пластичну деформацију могу веома варирати. На кристалној скали пластичност метала је обично последица дислокација. Овакве грешке су релативно ретке у већини кристалних материјала, али су бројне у неким и део су њихове кристалне структуре; у таквим случајевима може доћи до пластичне кристалности. У кртим материјалима као што су стена, бетон и кост пластичност је узрокована предоминантно клизањем микропукотина. У ћелијским материјалима као што су течне пене или биолошка ткива, пластичност је углавном последица преуређивања мехурића или ћелија, посебно Т1 процеса.

Дијаграм напрезања

Главни чланак: Дијаграм напрезања

Дијаграм напрезања приказује међусобну зависност σ - затезног напрезања и ε - релативног продужења или линијске затезне деформације. У материјалу који је оптерећен неком силом Ф настају напрезања σ која узрокују његово растезање. Напрезање σ је однос силе Ф и површине А пресека штапа или шипке (нормалног на смер силе).

$\sigma ={\frac {F}{A}}$

Због деловања силе Ф (а тиме насталог напрезања σ) штап или шипка ће се од почетне дужине L₀ растегнути на дужину L. Тако је продужење штапа или шипке:

$\varepsilon ={\frac {\Delta L}{L_{0}}}={\frac {L-L_{0}}{L_{0}}}$

Релативно продужење ε (дужинска или уздужна деформација) штапа или шипке је продужење с обзиром на почетну дужину L_о. Почетно је напрезање линеарно (деформација је директно пропорционална напрезању). У подручју линеарног растезања (Хуков закон) материјал је еластичан и након престанка деловања силе, односно напрезања, он се враћа у почетно стање. Јунгов модул еластичности је однос напрезања и релативног продужења (у подручју еластичности).

Техничка граница еластичности је напрезање при којем осетљива мерила осете прво приметно трајно продужење материјала (при још непромењеном пресеку А_о). Након те границе (обично на крају линеарног растезања) материјал се растеже пластично и након престанка деловања силе не враћа се више на почетну дужину L₀, већ остаје одређено трајно продужење, уз сужење пресека, А < А₀).

Примена

Ковање

Главни чланак: Ковање

Ковање је обрада материјала без одвајања честица, код које се промена облика и димензија врши ударцима чекића или бата по откивку, који је положен на наковањ. Обрада је чешће у топлом стању, али може бити и у хладном стању. Према начину на који се обавља преобликовање постоји ручно ковање и машинско ковање.

Ручно ковање је поступак преобликовања материјала ударцима ковачког чекића по откивку. Откивак се загреје у ковачкој ватри до белог сјаја. Ковачким кљештима се вади из ватре и полаже на наковањ. Откивак полако мења облик и димензије под ударцима чекића. Тачност димензија, облика, квалитет производа и количина зависе искључиво од прецизности и искуства ковача.

Машинско ковање је модернији начин ковања, који омогућава ковање од најмањих откивака до изузетно великих (до 580 тона). Димензије откивка зависе само од величине машина. Поступак може бити у топлом и хладном стању. За ковање у топлом стању, у поступку производње потребне су и ковачке пећи. Ручно или машинско ковање може бити:

• слободно ковање или
• ковање у уковњима (калупима).

Ваљање

Главни чланак: Ваљање

Ваљање је један од поступака обликовања метала деформисањем код којега се одливном блоку (инготу) пропуштањем између окрећућих ваљака смањује пресек и даје жељени облик, уз истовремено побољшање механичких својстава. Од свих поступака пластичне деформације, највећу примену има ваљање. Поступак започиње ваљањем ингота у полупроизводе. Док обрадак пролази између ваљака долази до деформирања материјала. У зони деформације материјал не пролази свугде истом брзином којом ротирају ваљци. Ободна брзина ваљка може бити већа, иста или спорија од брзине пролаза материјала у зони деформације.

Ваљање се може одвијати у топлом и хладном стању. Материјали већег пресека ваљају се претежно у топлом стању, због веће пластичности и могућности пуно већих редукција пресека, те мањих сила и мањег утрошка рада. Материјали мањег пресека ваљају се претежно у хладном стању, јер се постиже глађа површина, ужа толеранција и већа тврдоћа материјала.

Савијање лимова

Главни чланак: Савијање лимова

Савијање лимова је поступак обраде метала без скидања струготине, код којег се у попречном пресеку унутрашњи дио скраћује и оптерећен је на притисак, док се вањски део продужује и оптерећен је на истезање. Савијање лимова се дели на: кружно савијање, савијање под угломом (оштроугаоно савијање) и профилно савијање.

Савијање цеви

Главни чланак: Савијање цеви

Савијање цеви је поступак обраде метала без скидања честица, код којег се равна цев савија за неки угао. При савијању цеви пола цеви у попречном пресеку (унутрашњи дио) се скраћује и оптерећен је на притисак, док се друга половина ције у пресеку (вањски део) продужује и оптерећена је на истезање. Та напрезања доводе до деформација пресека, смањења или чак до потпуног затварања пресека.

Дубоко вучење

Главни чланак: Дубоко вучење

Дубоко вучење метала је поступак машинске обраде метала у којем се обрадак (платина или рондела), најчешће у хладном стању, провлачи кроз једну или више матрица у нови жељени облик кориштењем посебних алата. За дубоко вучене производе својствена је дубина производа, која је већа од половице пречника ронделе. Производи могу имати различите попречне пресеке с равним, конусним (купастим) или закривљеним зидовима, али најчешћи облици су цилиндричне (ваљкасте) или правоугаоне геометрије. Дубоко вучење употребљава растезљиве метале као што су алуминијум, месинг, бакар и меке челике у производњи ауто делова, лименог посуђа и амбалаже, муниције итд.

Извлачење

Главни чланак: Извлачење

Извлачење је поступак машинске обраде метала без скидања честица, који се користи у производњи жица, трака, цеви, шипки. Поступак се користи углавном за промену димензија (пречника и дебљине зидова), а ређе за промену облика. Извлачење се примењује када је потребна глађа површина и тачније димензије, или када је пресек врло мали или танких зидова, те се друге методе на могу примењивати (неекономично).

Литература

• Асхбy, M. Ф. (2001). „Пластиц Деформатион оф Целлулар Материалс”. Енцyцлопедиа оф Материалс: Сциенце анд Тецхнологy. Волуме 7. Оxфорд: Елсевиер. стр. 7068—7071. ИСБН 0-08-043152-6. 
• Хан, W.; Реддy, Б. D. (2013). Пластицитy: Матхематицал Тхеорy анд Нумерицал Аналyсис (2нд изд.). Неw Yорк: Спрингер. ИСБН 978-1-4614-5939-2. 
• Кацханов, L. M. (2004). Фундаменталс оф тхе Тхеорy оф Пластицитy. Довер Боокс. ИСБН 0-486-43583-0. 
• Кхан, А. С.; Хуанг, С. (1995). Цонтинуум Тхеорy оф Пластицитy. Wилеy. ИСБН 0-471-31043-3. 
• Симо, Ј. C.; Хугхес, Т. Ј. (1998). Цомпутатионал Инеластицитy. Спрингер. ИСБН 0-387-97520-9. 
• Ван Влиет, К. Ј. (2006). „Мецханицал Бехавиор оф Материалс”. МИТ Цоурсе Нумбер 3.032. Массацхусеттс Институте оф Тецхнологy. 
• Аваллоне, Еугене А. & Баумеистер III, Тхеодоре (1996). Марк'с Стандард Хандбоок фор Мецханицал Енгинеерс (8тх изд.). Неw Yорк: МцГраw-Хилл. ИСБН 978-0-07-004997-0. 
• Аваллоне, Еугене А.; Баумеистер, Тхеодоре; Садегх, Али; Маркс, Лионел Симеон (2006). Марк'с Стандард Хандбоок фор Мецханицал Енгинеерс (11тх, Иллустратед изд.). МцГраw-Хилл Профессионал. ИСБН 978-0-07-142867-5. .
• Беер, Фердинанд П.; Јохнстон, Е. Русселл; Деwолф, Јохн Т. (2001). Мецханицс оф Материалс (3рд изд.). МцГраw-Хилл. ИСБН 978-0-07-365935-0. .
• Бореси, А. П., Сцхмидт, Р. Ј., анд Сидеботтом, О. M. (1993). Адванцед Мецханицс оф Материалс, 5тх едитион Јохн Wилеy & Сонс. ISBN 0-471-55157-0
• Дегармо, Е. Паул; Блацк, Ј Т.; Кохсер, Роналд А. (2003). Материалс анд Процессес ин Мануфацтуринг (9тх изд.). Wилеy. ИСБН 978-0-471-65653-1. .
• Оберг, Е., Јонес, Ф. D., анд Хортон, Х. L. (1984). Мацхинерy'с Хандбоок, 22нд едитион. Индустриал Пресс. ISBN 0-8311-1155-0
• Росс, C. (1999). Мецханицс оф Солидс. Цитy: Албион/Хорwоод Пуб. ИСБН 978-1-898563-67-9. 
• Схиглеy, Ј. Е., анд Мисцхке, C. Р. (1989). Мецханицал Енгинееринг Десигн, 5тх едитион. МцГраw Хилл. ISBN 0-07-056899-5
• Yоунг, Wаррен C. & Будyнас, Рицхард Г. (2002). Роарк'с Формулас фор Стресс анд Страин, 7тх едитион. Неw Yорк: МцГраw-Хилл. ИСБН 978-0-07-072542-3. 
• Енгинеер'с Хандбоок
• Сцхнеидер, Георге. "Цхаптер 1: Цуттинг Тоол Материалс," Америцан Мацхинист, Оцтобер, 2009
• Сцхнеидер, Георге. "Цуттинг Тоол Апплицатионс: Цхаптер 2 Метал Ремовал Метходс," Америцан Мацхинист, Новембер, 2009

Спољашње везе

• Видеос абоут металwоркинг публисхед бy Институт фüр ден Wиссенсцхафтлицхен Филм. Аваилабле ин тхе АВ-Портал оф тхе Герман Натионал Либрарy оф Сциенце анд Тецхнологy