Физические уравнения связи для некомпактных материалов

В последние десятилетия интенсивно развивается порошковая металлургия и производство изделий из порошков, гранул и других некомпактных (немонолитных металлических материалов). Сыпучие некомпактные исходные металлические материалы подвергают штамповке, прокатке и другим методом обработки давлением. В случае прокатки оси валков лежат в горизонтальной плоскости, порошок насыпают сверху в щель между валками, изделия получается в виде полосы. Штамповку осуществляют в закрытом штампе. В нижний штамп — матрицу — засыпают исходный материал и пуансоном осуществляют его сжатие. Происходит компактирование (повышение плотности) материала и придание изделию необходимой формы. Подразделение штампов на открытые и закрытые принято в кузнечно-штамповочном производстве. Рассмотрим штамп открытого типа и штамп закрытого типа для штамповки поковки одного вида — заготовки для изготовления зубчатого колеса. Для открытого штампа характерно то, что разъем (поверхность смыкания или раздела) верхнего и нижнего штампов плоский, углубление обоих штампов (гравюра) примерно одинаковое. Для закрытого штампа разъем штампов не плоский, гравюра штампа более глубокая, чем штампа. После деформации некомпактных материалов, изделия подвергают спеканию (термической обработке, приводящей к взаимной диффузии материала частиц, находящихся в плотном контакте, и диффузионной сварке). Для транспортировки подобных материалов пользуются услугами компаний, для которых перевозка негабаритных тяжеловесных грузов является приоритетным направлением.

После спекания изделия могут подвергаться дальнейшей пластической обработке. Нередко спеченные материалы не обладают плотностью монолита, имеют поры. Деформация таких спеченных изделий в механическом смысле, о котором дальше пойдет речь, во многом схожа с деформацией порошка или гранулированного материала. Для описания деформации некомпактных металлических материалов (порошка, гранул, спеченных изделий и т. п.) может быть применен аппарат механики сплошных сред, в частности теории пластичности. Можно условно отказаться от дискретного распределения массы по частицам в порошке или гранулах и считать массу распределенной в объеме непрерывным образом. При этом плотность достаточно малого объема материала принимают средней для частиц и пустот. Естественно, что решение задачи о напряженно-деформированном состоянии изделия из некомпактного материала не может быть распространено на отдельную частицу, а лишь на достаточно большой объем, содержащий несколько частиц.