第八章材料的屈服强度与强化放映.ppt

第八章 本章主要内容及要求 概述 实际强度与理论强度的对比 塑性变形的位错理论 位错移动与塑性变形关系 8.1 位错滑移机制下屈服强度与强化 8.1 位错滑移机制下屈服强度与强化 一、位错滑移的点阵阻力 一、位错滑移的点阵阻力 位错滑移的点阵阻力 位错滑移的点阵阻力 点阵阻力－晶体结构与结合键的关系 位错滑移的点阵阻力 位错滑移的点阵阻力 位错滑移的点阵阻力－温度的影响 二、位错滑移的其它阻力 8.2 位错滑移机制下的强化方法 一、点钉扎强化的一般规律 点钉扎强化的一般规律性 点钉扎强化的一般规律性 点钉扎强化的一般规律性 二、点钉扎强化例－固溶强化 点钉扎强化例－畸变强化效果 点钉扎强化例－球对称畸变固溶强化 固溶强化－原子失配影响(spherical distortion) 固溶强化的规律性 固溶强化－不对称畸变(tetragonal distortion) 固溶强化－不对称畸变(tetragonal distortion) 固溶强化的规律性 固溶强化的规律性 固溶原子的弹性模量与弹性畸变能的交互作用 气团与屈服强度 气团与屈服现象 气团与屈服现象 气团与屈服现象 四、第二相粒子强化 第二相粒子强化－位错切割机制 第二相粒子强化－位错切割 有序粒子强化 第二相粒子强化－Orowan绕过机制 合金的时效曲线 合金的时效曲线 五、加工硬化(应变强化) 加工硬化(应变强化) 六、晶界强化(细晶强化) 晶界强化(细晶强化) 晶界强化(细晶强化) 晶界强化(细晶强化)与韧性 螺位错的应力场特点： 距离位错中心越近，应力场强度越高，作用能越大 间隙原子在螺位错周围富集；间隙原子的有序化排列 在某个方向上为拉应力、而在垂直方向上为压应力。因此，碳原子处于适当方位上时畸变能受应力场作用而降低，故此与螺位错产生交互作用； 形成Snoek气团特点： 间隙原子短程扩散形成－有序化气团 ； 间隙原子长程扩散形成在位错线中心附近的富集 间隙原子的强化效果为 单位摩尔分数固溶原子的强化效果，间隙原子远高于代位原子 代位原子 间隙原子 1%C使铁(G=85GPa)的屈服强度提高至少1.5GPa 间隙原子远高于代位原子 离子晶体中，代位引发的非对称畸变也具有与间隙原子的强化类似的效果 非对称畸变具有更高的强化效果 硬的溶质原子两种交互作用互相减弱—强化效果弱 软的溶质原子两种交互作用互相增强—强化效果大 有些代位固溶原子可以降低层错能密度，故此优先分布于不全位错之间的层错区，这种偏聚形成所谓的铃木(Suzuki)气团。 较高温度下气团很容易散开(可以提高合金体系熵)，故此相应的强化效果都只限于常温下。其中只有铃木气团例外，原因是铃木气团源自化学作用，作用能高、可以保持到较高温度下——高温合金中应用 铃木气团 —降低层错能，使扩展位错的两个不全位错分开间距增加 — 增加位错交滑移的难度 (高温强化措施之一) 全位错分解为不全位错： 两条位错线互相排斥——导致分开； 所产生的层错区又使体系能量升高 —— 产生平衡间距；交滑移时，束集过程需要额外能量 三、固溶原子气团及其作用 固溶原子与位错的交互作用形成三大类气团 要注意合金中间隙原子的扩散激活能较低，因此在略高温度下其扩散速度比较高可以跟随位错移动，从而对位错移动形成动态阻力(强度高、但塑性与韧性差) 例子：普通低碳钢的蓝脆性，P－L效应 关联：冲击功显示的蓝脆性 由于受到气团的钉扎，位错移动很困难，需要较高的应力(对应于上屈服点)才能使位错摆脱钉扎，而一旦摆脱了钉扎，位错继续移动的阻力降低，因此表现为开始塑性变形后，应力反而有所降低(下屈服点) 试验过程变形速度恒定(夹头的移动速度不变)。塑性变形过程中变形速度—位错移动速度—位错受力(所需作用应力)之间存在如下关系 上屈服点处，大量位错被气团钉扎住，可动位错密度低，故所需应力高。但显然与试验的变形速度有关，不完全反映材料自身特性，一般不被作为抗塑性变形能力的性能指标 下屈服点处，已经开始塑性变形，至少部分位错摆脱了钉扎，还有部分位错源开动放出新位错，因此移动位错密度升高，完成变形所需应力因此较开始时的上屈服点有所下降。 屈服阶段，由于塑性变形存在不均匀性，形成局部吕德斯带。如果变形停止在屈服阶段中间，吕德斯带在材料中分布不均匀，造成表面质量降低。 大量实验证实，下屈服点应力稳定，受试验因素影响小，因此被取做性能指标，来表达材料抵抗塑性变形的能力 避免屈服阶段的具体措施主要有两种 注意：预变形后的钢材不能长时间放置－应变时效现象 (1) 在进行最终加工之前，先进行预变形，使塑性变形至少到达均匀变形的起始区(通常达到2%)，可保证后续变形均匀性 原因：室温下间隙原子具有