第五章 材料的形变和再结晶-课件.ppt

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第五章 材料的形变和再结晶-课件

5、材料的形变和再结晶 5.1弹性和黏弹性 5.2晶体的塑性变形 5.3回复和再结晶 5.4热变形和动态回复、再结晶 5.5陶瓷材料的变形特点 5.6高聚物的变形特点 5(1)材料的塑性变形 外力→材料 应力、应变 1.应力:?应力是反映物体一点处受 力程度的力学量。 σ= P/A0 P—为载荷 A0—原始试样的截面积 2.应变:又称“相对变形”。物体由于外因使它的几何形状和尺寸发生相对改变的物理量。 ε= (L-Lo)/ Lo L、Lo—变形后和变形前试样的长度 工程上应用的构件满足的要求 1、强度要求:强度要求是指构件应有足够抵抗破坏的能力。 2、刚度要求:刚度要求是指构件应有足够的抵抗变形的能力。 3、稳定性要求:稳定性要求就是指构件应有足够保持原有平衡形态的能力。 5.1弹性和黏弹性 5.1.1弹性变形的本质 5.1.2弹性变形的特征和弹性模量 5.1.3弹性的不完整性 5.1.4黏弹性 5.1弹性和黏弹性 从材料力学中得知,材料受力时总是先发生弹性变形,即弹性变形是塑性变形的先行阶段,而且在塑性变形中还伴随着一定的弹性变形。 5.1.1弹性变形的本质 本质:可以从原子之间的结合力来解释 r=r0原子处于平衡位置,位能U=Umin F=0最稳定 r≠r0即偏离平衡位置 F>0吸引力 F<0排斥力 力图使原子回到平衡位置变形消失 5.1.2弹性变形的特征和弹性模量 (1)理想的弹性变形是可逆变形,加载时变形,卸载时变形消失并恢复原状。 (2)金属、陶瓷和部分高分子材料不论是加载或卸载时,只要在弹性变形范围内,服从虎克(Hooke)定律: 压缩模量或体弹性模量K 5.1.3弹性的不完整性 上面讨论的弹性变形,通常把物体看作理想弹性体来处理。但是,多数工程上应用的材料为多晶体甚至为非晶态或者是两者皆有的物质,其内部存在各种类型的缺陷,弹性变形时,可能出现加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形特点的现象,称之为弹性的不完整性。 1.包申格效应 包申格效应:材料经预先加载产生少量塑性变形(小于4%),而后同向加载则σe升高,反向加载则σe下降。此现象称之为包申格效应。 2.弹性后效 弹性后效或滞弹性:一些实际晶体,在加载或卸载时,应变不是瞬时达到其平衡值,而是通过一种弛豫过程来完成其变化的。这种在弹性极限范围内,应变滞后于外加应力,并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性。 Oa为弹性应变, a ’b逐渐产生的弹性应变,称为滞弹性应变; bc=Oa,瞬间消失的弹性应变; c’d=a ‘b滞弹性应变。 3.弹性滞后 由于应变落后于应力,在式中σ—ε曲线上使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线,称之弹性滞后,如图5. 4所示。 存黏性流动满足牛顿粘性流动定律: σ=η·dε/dt σ为应力, dε/dt为应变速率; η称为黏度系数,反映了流体的内摩擦力,即流体流动的难易程度,其单位为Pa·s 黏弹性两种模型 1、Maxwell模型—对解释应力松弛非常有用 2、Voigt模型—可用来描述蠕变回复、弹性后效、弹性记忆 1. 黏弹性具有弹性和黏性变形两方面的特征,它是高分子材料的重要力学性能之一。其特点是应变落后于应力。当加上周期应力时,应力一应变曲线就构成回线,所包含的面积即为应力循环一周所损耗的能量,即内耗。 5.2晶体的塑性变形 应力超过弹性极限,材料发生塑性变形,即产生不可逆的永久变形。 5.2.1单晶体的塑性变形 常温、低温下塑性变形的主要方式:滑移、孪生、扭折。 高温形变主要方式:扩散性变形、晶界滑动和移动等。 1、滑移 a.滑移线和滑移带 b.滑移系 塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动,这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。 滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。 滑移系:一个滑移面和此面上的一个滑移方 向合起来叫做一个滑移系。 在其他条件相同时,晶体中的滑移系愈多,滑移过程可能采取的空间取向便愈多,滑移容易进行,它的塑性便愈好。 例:fcc滑移系 滑移方向110,滑移面一般为{111}面心立方结构共有四个不同的{111}晶面,每个滑移面上有三个110晶向,故共有4×3=12个滑移系。 C.滑移的临界分切应力 晶体的滑移是在切应力作用下进行的,但其中许多滑移系并非同时参与滑移,而只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时,该滑称系方可以首先发生滑移,该分切应力称为滑移的临界分切应力。 ?c=?s

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