材料的变形与断裂.ppt

金属材料、陶瓷材料和玻璃化温度以下的高分子材料属于能弹性，弹性回复力是键长和键角的微小改变所引起的焓变所引起的，而熵的变化所引起的弹性回复力可忽略。处于高弹态的橡胶则属于熵弹性。无应力作用时大分子链呈无规线团状，构象数最大，因此熵值最大。拉伸时，大分子链的伸展使构象数减少，熵值下降，自由焓增高，有自发回复到自由焓低的原始卷曲状的趋势，这是弹性回复力产生的主要原因。能弹性也称普弹性，能弹性材料弹性模量大，弹性变形量小，其应力-应变关系符合虎克定律。与能弹性材料不同，具有熵弹性的材料的弹性模量小，弹性变形量大，例如天然橡胶，其弹性模量仅为一般固体材料的万分之一左右，而延伸率高达500～1000%。 滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。 滑移时晶体的转动和旋转 　拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向 　　　 　　压缩时，滑移面逐渐趋于垂直于压力轴线。 孪晶：切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面（孪晶面）和一定的晶相（孪生方向）相对于另一部分做均匀的切变所产生的变形。 1.孪生：均匀切变；滑移：塑性变形是不均勺的。 2.孪生：各晶面移动量与其离孪晶面距离成正比，相邻晶团相对移动距离通常只是原子间距的几分之一；滑移：变形时，滑移距离则是原于间距的整倍数。 3.孪生：晶体变形部分的位向发生变化，并且孪晶面与未变形部分对称；滑移：晶体位向并不发生变化。 4.孪生和滑移一样并不改变晶体的点阵类型。 5.　孪生临界分切应力值大，因此，只在很难滑移的条件下，晶体才发生孪生。 　　　滑移系少的密排六方金属，常以孪生方式变形。 　　　孪生变形产生的塑性变形量一般不超过10％，但是孪生使晶体位向变化，从而引起滑移系取向变化，能促进滑移的发生。往往孪生与滑移交替发生，即可获得较大的塑性变形量。 大量位错的滑移，就会产生宏观的塑性变形。将发生滑移后试样表面产生高低不平的滑移台阶造成的，称为滑移带。实际上滑移带是由许多密集的滑移线构成的，如下图。 2. 滑移系 3. 滑移的临界分切应力 4. 多滑移与交滑移 (二)孪生 室温变形时，由于晶界强度高于晶内，使每个晶粒的变形也不均匀。拉伸时双晶的竹节状变形，如图2-12。所以室温变形时晶界具有明显强化作用。金属材料晶粒越细小，单位体积的晶界面积越多，晶界强化作用越明显。同时晶粒越细小，变形协调性越好，塑性也越好。 (二)固溶强化 (三)应变硬化 三 残余应力（约占变形功的10％） 1 分类 第一类残余应力（?Ⅰ）：宏观内应力，由整个物 体变形不均匀引起。 第二类残余应力（?Ⅱ）：微观内应力，由晶粒变 形不均匀引起。 第三类残余应力（?Ⅲ）：点阵畸变，由位错、空 位等引起。 2 利弊 利：预应力处理，如提高疲劳极限。 弊：引起变形、开裂，如黄铜弹壳腐蚀开裂。? 3 消除 去应力退火。 再结晶：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。 变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒； 强度、硬度明显下降，塑性明显提高； 密度:在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高。 再结晶温度：经严重冷变形（变形量70%）的金属或合 金，在1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数95%） 最低温度。 高纯金属：T再＝(0.25~0.35)Tm。 经验公式 工业纯金属：T再＝(0.35~0.45)Tm。 合金：T再＝(0.4~0.9)Tm。 注：再结晶退火温度一般比上述温度高100～200℃。 影响因素 变形量 变形量越大，储存能越多，再结晶驱动力越大，再结晶温度越低； 纯度 纯度越高，杂质或合金元素对位错和晶界运动阻碍越小，再结晶温度越低； 加热速度和保温时间 提高加热速度会使再结晶温度被推迟到较高温度下发生。而保温时间越长，再结晶温度越低。 再结晶退火的应用： 恢复变形