Il rilassamento dell'acciaio è di plastica?


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La legge di Hooke definisce una relazione lineare-elastica tra stress e tensione.

σ=Eϵ

L'acciaio si comporta in modo molto simile a un materiale lineare-elastico, seguendo da vicino la Legge di Hooke. Tuttavia, mostra comportamenti non elastici come il rilassamento. Il rilassamento è il comportamento in cui un membro sotto sforzo costante mostra uno stress variabile (e riducente) nel tempo.

La mia domanda è: il rilassamento è di plastica? Se il membro rilassato fosse rilasciato, come si comporterebbe? Seguirà un percorso definito dal suo modulo elastico? Se questo è il caso, allora finirà con una deformazione plastica, no? Dopotutto, quando sottolineato, il membro avrà raggiunto . Dopo il rilassamento, raggiungerà . Una volta rilasciato, dovrebbe raggiungere , il che implica in e da , che implica un da zero .( σ 2 , ϵ 1(σ1,ϵ1) σ=0ϵ= ϵ 1 - σ 2(σ2,ε1)σ=0 σ2<σ1ϵε=ε1-σ2Eσ2<σ1ε

O c'è qualche altro comportamento? Il modulo elastico cambia per consentire un ritorno senza deformazioni plastiche?


Abbastanza sicuro che il creep sia sempre considerato di plastica, altrimenti sarebbe solo una "deflessione" regolare.
— Grfrazee,

Sì, il creep è sempre di plastica, lo so. Tuttavia, il rilassamento e il creep sono distinti processi viscoplatici. La mia domanda è se il rilassamento sia anche di plastica (credo che lo sia, ma non sono sicuro).
— Wasabi

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Oh, ho pensato che fossero due parole per lo stesso fenomeno. Mie scuse. Ti riferisci al rilassamento da stress ?
— Grfrazee,

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@Wasabi In risposta alla tua domanda, è il rilassamento della plastica in acciaio , quindi secondo questo riferimento sull'acciaio in tensione , l'incremento della deformazione sul rilassamento è descritto come visco-plastica. Quindi la risposta è sì.
— AsymLabs

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@Wasabi: i termini plastica e viscoplastico hanno significati sfumati. Dal punto di vista ingegneristico, la plastica implica acciaio deformato in modo permanente, avendo raggiunto la zona di plasticità (come precedentemente definita - come si può osservare dal collo di un coupon in acciaio) mentre il viscoplastico ha a che fare con qualcosa che scorre come un liquido sotto sostenuto stress ma non è visibilmente deformato. Quindi tecnicamente si potrebbe sostenere che la risposta è sì, è viscoplastica, ma no non è plastica. Vedi questo abstract .
— AsymLabs

Risposte:


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In breve, sì, il rilassamento dovrebbe probabilmente essere considerato una deformazione plastica, poiché la deformazione plastica è definita come deformazione non recuperabile quando vengono rimosse le sollecitazioni applicate.

Spiegazione Definizionale

ε0ε0

|ε1|<|ε0||ε0-ε1|>0

Spiegazione termodinamica e cinetica

Se la spiegazione di definizione non è sufficiente, possiamo anche guardarla da un punto di vista termodinamico e cinetico. Supponiamo per il momento che l'acciaio sia invece un singolo cristallo di ferro puro. La deformazione elastica immagazzina energia nel reticolo cristallino. Poiché l'energia è superiore al suo stato di riposo, è disponibile energia libera per svolgere il lavoro, e quindi una forza trainante per la riorganizzazione degli atomi nel reticolo cristallino. Ci sono anche difetti puntuali nel reticolo sotto forma di posti vacanti o atomi mancanti. Le fluttuazioni casuali fanno sì che gli atomi vicini riempano i posti vacanti, con il risultato che i posti vacanti si muovono attorno al reticolo. I posti vacanti forniscono un mezzo per riorganizzare gli atomi.

Si noti che se la deformazione non è isotropica (cioè non è puramente idrostatica), il campo di deformazione reticolare rende i posti vacanti leggermente più grandi nelle direzioni di deformazione a trazione che in quelle di deformazione a compressione. Di conseguenza, la barriera di energia al movimento nelle direzioni di trazione sarà inferiore rispetto alle direzioni di compressione. Pensa agli atomi che vengono espulsi tra i loro vicini di direzione di compressione lungo le direzioni di trazione. Ci sarà quindi un flusso netto di atomi nel cristallo, con gli atomi che tendono a spostarsi da direzioni di alta compressione a direzioni di alta tensione. L'effetto complessivo a lungo termine è di estendere il cristallo nelle direzioni di tensione e accorciare il cristallo nelle direzioni di compressione, causando una deformazione non recuperabile. Gli stessi effetti si verificano con più grani, tranne per il fatto che la meccanica è complicata dalla presenza di confini dei grani e da vari orientamenti dei cristalli. Gli stessi effetti si verificano anche con la presenza di atomi interstiziali come il carbonio, e probabilmente hanno un effetto trascurabile sul movimento vacante in quanto non si intromettono (anche se non sono sicuro al 100% di questa parte, vedi nota sotto).

Quanto sopra è una teoria molto probabilmente basata sulle teorie del flusso di posti vacanti e della migrazione dei confini del grano a causa di stress termici (ad es. Scorrimento e crescita del grano) e del movimento di dislocazione, che sono stati osservati direttamente. Il comportamento descritto per il rilassamento, tuttavia, non è stato osservato direttamente per quanto ne so (per esempio con un microscopio elettronico a tunnel).

Nota

* Gli atomi interstiziali avranno energia inferiore nei siti interstiziali allineati con le direzioni di trazione, poiché tali siti sono leggermente aumentati di volume. Ciò è correlato alla tensione anelastica e alla formazione di martensite, ma può avere o meno un impatto sul rilassamento. Tuttavia, vale la pena notare che la deformazione puramente assiale può indurre proprietà anisotropiche nell'acciaio.

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