Das Hookesche Gesetz definiert eine linear-elastische Beziehung zwischen Spannung und Dehnung.

Stahl verhält sich sehr ähnlich wie ein linearelastisches Material, wobei das Hookesche Gesetz genau befolgt wird. Es zeigt jedoch unelastisches Verhalten wie Entspannung. Entspannung ist das Verhalten, bei dem ein Element unter konstanter Belastung eine variable (und reduzierende) Belastung im Laufe der Zeit zeigt.

Meine Frage ist: Ist Entspannung Plastik? Wenn das entspannte Mitglied freigelassen würde, wie würde es sich verhalten? Würde es einem Pfad folgen, der durch seinen Elastizitätsmodul definiert ist? Wenn dies der Fall ist, wird es mit einer plastischen Verformung enden, nicht wahr? Immerhin hat das Mitglied bei Belastung . Nach der Entspannung erreicht es . Nach der Freigabe müsste , was impliziert, dass$\left(\sigma_1, \epsilon_1\right)$$\left(\sigma_2, \epsilon_1\right)$$\sigma =0$$\epsilon = \epsilon_1 - \dfrac{\sigma_2}{E}$ und da ist, impliziert dies, dass ϵ ungleich Null ist .$\sigma_2 <\sigma_1$$\epsilon$

Oder gibt es ein anderes Verhalten? Ändert sich der Elastizitätsmodul, um eine Rückstellung ohne plastische Verformungen zu ermöglichen?

Kurz gesagt, ja, eine Entspannung sollte wahrscheinlich als plastische Verformung angesehen werden, da eine plastische Verformung als nicht wiederherstellbare Verformung definiert wird, wenn aufgebrachte Spannungen entfernt werden.

Begriffserklärung

$\varepsilon_{0}$$\varepsilon_{0}$

$|\varepsilon_{1}|<|\varepsilon_{0}|$$|\varepsilon_{0}-\varepsilon_{1}|>0$

Thermodynamische und kinetische Erklärung

Wenn die definitive Erklärung nicht ausreicht, können wir dies auch aus thermodynamischer und kinetischer Sicht betrachten. Angenommen, der Stahl ist im Moment stattdessen ein Einkristall aus reinem Eisen. Die elastische Spannung speichert Energie im Kristallgitter. Da die Energie höher ist als ihr Ruhezustand, steht freie Energie für die Arbeit zur Verfügung und damit eine treibende Kraft für die Reorganisation von Atomen im Kristallgitter. Es gibt auch Punktdefekte im Gitter in Form von Leerstellen oder fehlenden Atomen. Durch zufällige Schwankungen füllen benachbarte Atome die freien Stellen, wodurch sich die freien Stellen um das Gitter bewegen. Die freien Stellen bieten ein Mittel zur Reorganisation der Atome.

Es ist zu beachten, dass, wenn die Dehnung nicht isotrop ist (dh nicht rein hydrostatisch ist), das Gitterdehnungsfeld Leerstellen in Zugdehnungsrichtungen geringfügig größer macht als in Druckdehnungsrichtungen. Infolgedessen ist die Energiebarriere für die Bewegung in Zugrichtung geringer als in Druckrichtung. Denken Sie an die Atome, die zwischen ihren Nachbarn in Druckrichtung entlang der Zugrichtung herausgedrückt werden. Es wird also einen Nettofluss von Atomen im Kristall geben, wobei Atome dazu neigen, sich aus Richtungen hoher Kompression in Richtungen hoher Spannung zu bewegen. Der langfristige Gesamteffekt besteht darin, den Kristall in Spannungsrichtungen auszudehnen und den Kristall in Kompressionsrichtungen zu verkürzen, was zu einer nicht wiederherstellbaren Verformung führt. Dieselben Effekte treten bei mehreren Körnern auf, mit der Ausnahme, dass die Mechanik durch das Vorhandensein von Korngrenzen und unterschiedliche Kristallorientierungen kompliziert wird. Die gleichen Effekte treten auch bei Anwesenheit von interstitiellen Atomen wie Kohlenstoff auf, und sie haben wahrscheinlich einen vernachlässigbaren Effekt auf die Leerstellenbewegung, da sie nicht stören (obwohl ich mir dieses Teils nicht 100% sicher bin, siehe Anmerkung unten).

Das Obige ist eine höchstwahrscheinliche Theorie, die auf Theorien des Leerstellenflusses und der Korngrenzenwanderung aufgrund von thermischen Spannungen (z. B. Kriechen und Kornwachstum) und von Versetzungsbewegungen basiert, die direkt beobachtet wurden. Das beschriebene Verhalten zur Relaxation ist jedoch meines Wissens nicht direkt beobachtet worden (dh mit einem Tunnelelektronenmikroskop).

Hinweis

* Zwischengitteratome weisen an Zwischengitterorten, die in Zugrichtung ausgerichtet sind, eine geringere Energie auf, da das Volumen dieser Orte geringfügig zunimmt. Dies hängt mit der anelastischen Beanspruchung und der Martensitbildung zusammen, kann sich jedoch auf die Entspannung auswirken oder auch nicht. Es ist jedoch zu beachten, dass eine rein axiale Dehnung anisotrope Eigenschaften im Stahl hervorrufen kann.